Луч лазера.

Для технологических целей (сварки, резки, термообработки) чаще применяют лазеры с твердым рабочим телом (рис.2.9), имеющим запас энергии в каждом импульсе порядка нескольких джоулей. Реже используют газовые лазеры непрерывного действия, отличающиеся сложностью устройства и высокой стоимостью. Рассмотрим особенности твердотельного лазера как источника нагрева при сварке.

Рис. 2.9. Схема твердотельного лазера для сварки:
1- рабочий стержень; 2- плоскопараллельный луч; 3- фокусирующая система; 4- сфокусированный луч; 5- изделие; 6- полупрозрачное зеркало; 7- непрозрачное зеркало.

Для лазера как источника нагрева характерно следующее:

1. Импульсный характер нагрева и излучения (рис.2.10).

2. Малая площадь ввода тепла в изделие.

Обычно при сварке луч лазера фокусируют до диаметра примерно 1,0мм.

3. Зависимость нагрева изделия от степени его черноты характеризуемая коэффициентом , который лежит в пределах 0…1,0.

4. Низкий общий коэффициент использования электроэнергии .

Рис. 2.10. Характер излучения тепловой мощности лазером:
– длительность излучения; – длительность цикла.

В качестве примера приведем данные серийной сварочной лазерной установки “Искра-8”:

=(1…7) 10^-3с; =1,0c;

излучаемая энергия в одном импульсе – Q=5…8 Дж;

Потребляемая электрическая мощность от сети – 3,0 кВт (для питания ламп накачки лазера).

Найдем общий коэффициент использования электроэнергии:

Определим среднюю тепловую мощность лазера за цикл:

Вт.

Вычислим среднюю за цикл и импульсную плотность тепловой энергии и для абсолютно черного тела, когда =1,0.

При =1,0 _Э=1,0, поэтому (полной мощности):

Вт/см;

Вт/см.

Указанных плотностей теплового потока достаточно для расплавления и даже испарения любых металлов и сплавов, а также для обработки различных неметаллов.