Линза может использоваться для фокусировки когерентного луча в узкий луч, концентрируя энергию в фокусе, значительно улучшая производительность процесса.
Однако пленка ПВХ не полностью сварена из-за риска ухудшения качества материала из-за значительного нагрева. В лазерах не только сварка пластика, но и резка выполняется нормально, обеспечивая высокую скорость резания.
Световая сварка принципиально отличается от ИК-сварки.
Лист сварен с использованием присадочного материала, который может быть дополнительно нагрет специальным нагревателем.
Для полимеров, которые трудно сваривать, используются сложные методы сварки, например, когда ультразвуковая энергия подается на нагрев различных растворителей или когда используются химически активные материалы.
Создание и развитие квантовой электроники было создано Н. Г. Басовым, академиком, лауреатом Ленинской и Нобелевской премий. Связаны с исследованиями М. Прохорова и других советских и зарубежных ученых.
- Квантовый генератор в оптическом диапазоне позволяет получить сильный и острый световой луч и сконцентрировать энергию в очень маленькой области, равной 1/1000 миллиметра. Инженерное оборудование, построенное по этому принципу, позволяет обрабатывать и сваривать различные материалы.
Принцип действия квантовых генераторов и усилителей основан на вынужденном излучении, связанном с поглощением электромагнитных волн или фотонов атомными системами. Когда фотон поглощается, его энергия передается атому и становится возбужденным квантовым состоянием.
Через некоторое время атом самопроизвольно испускает эту энергию в виде фотона и может вернуться в основное состояние. Атом находится в возбужденном состоянии, но его можно заставить излучать фотоны под воздействием внешних фотонов («падающих волн»). Энергия фотона точно такая же, как энергия фотона, излучаемая атомом во время спонтанного излучения. Такое излучение называется индукцией.
В результате падающая волна усиливается волнами, излучаемыми возбужденными атомами.
В этом процессе важно, чтобы излучаемая волна находилась точно в фазе с волной, находящейся под ее влиянием. Это явление используется в квантовых усилителях. Квантовые генераторы преобразуют электрическую, световую, тепловую или химическую энергию в монохроматическое когерентное излучение (ультрафиолетовое, видимое, инфракрасное) электромагнитных волн.
Эмиттер-активные элементы могут быть сплошными: стекло с неодимом, рубин, гранат с эрбием и т. Д. Квантовые генераторы на основе алюминий-натриевого граната с неодимом могут генерировать до 1 кВт в непрерывном режиме и до 50 МВт в импульсном режиме.
В качестве излучателей также используются различные излучатели: растворы оксида неодима, красители и т. Д. Жидкие квантовые неорганические генераторы наиболее близки к твердотельным импульсным генераторам по свойствам, но превосходят их по энергии на импульс из-за большого количества активных элементов.
Эмиттер может представлять собой газ или газовую смесь. Водород, азот, аргон, углекислый газ и др. Такие генераторы имеют самый широкий спектральный диапазон излучения и максимальную мощность при достаточно высокой эффективности (15-20%) для непрерывного излучения.
Полупроводниковые монокристаллы также используются в качестве излучателей. Мышьяк галлия и индия, кадмиевый сплав селена и серы. Генераторы с полупроводниковыми излучателями имеют небольшую массу, экономичны и имеют самый высокий КПД (до 70%).
Излучатель возбуждается и излучает свет под воздействием энергии системы накачки. Твердые и жидкие активные элементы возбуждаются при свете лампы-вспышки. Газовая смесь в основном накачивается энергией газового разряда. Полупроводниковый излучатель использует энергию тока, протекающего через область p — n-перехода.
- Была разработана система, которая может использовать тепло и энергию химических реакций для накачки газовых лазеров. В зависимости от энергетических параметров системы накачки лазер работает в импульсном или непрерывном режиме.
Генераторы квантовой технологии обычно используют рубин в качестве основного элемента энергии. Рубин — это оксид алюминия, в котором несколько атомов алюминия заменены атомами хрома. Светло-розовый рубин, содержащий 0,05% Cr, обычно используется в квантовых генераторах.
Розовые рубиновые кристаллы превращаются в форму стержня, длина и диаметр которого определяют силу излучения. Его края отполированы для получения оптически плоской поверхности и посеребрены для получения отражающей поверхности. Выходной конец кристалла является полупрозрачным.
Рубиновый стержень расположен рядом с электронной лампой-вспышкой и служит в качестве широкополосного источника света для оптической накачки. В квантовом генераторе из рубинового кристалла атом I хрома в основном состоянии поглощает фотон (волнистая стрелка) и перемещается на один из более высоких уровней II.
Они переносят часть своей энергии в кристаллическую решетку, вызывая повышение температуры, и в то же время переходят в метастабильный уровень III. После этого под воздействием индуцирующих фотонов, излучаемых другими атомами хрома, фотоны с характерными длинами волн излучаются и снова возвращаются в исходное состояние IV (I).
Рубиновый лазер управляется импульсной лампой. Когда рубиновый стержень освещается импульсной лампой, большая часть атомов хрома возбуждается.
Когда фотон самопроизвольно испускается возбужденным атомом, параллельным оси кристалла, фотон побуждает другой возбужденный атом испускать второй (стимулированный) фотон. Процесс продолжается как лавина, поскольку отраженные на краю кристалла фотоны летят вдоль кристалла в осевом направлении. Интенсивность пучка увеличивается в результате многократных отражений от обоих концов стержня.
Когда интенсивность света от лампы-вспышки превышает определенный критический уровень, начинает проявляться эффект квантового усиления, и сильный поток фотонов 6943Å испускается от рубинового полупрозрачного края в течение 1/1000 секунды. Выходной луч направлен в узком направлении, мощный, монохроматический и когерентный.
- Направление излучения узкое, потому что волны излучаются только с отражением в 1000 раз и не имеют значительных отклонений от оси устройства. Это излучение мощное. Это связано с тем, что вынужденное излучение возбужденных атомов происходит намного быстрее, чем спонтанное излучение.
- Высокая степень монохроматичности излучения обусловлена тем фактом, что индуцированное излучение является резонансным процессом и, следовательно, присоединяется в большей степени к центру полосы частот, чем излучение, естественным образом излучаемое атомами.
Эти предпочтительные частоты возбуждают излучение на той же частоте, поэтому волны в квантовом генераторе содержат очень узкий диапазон частот или длин волн.
Обычный пучок белого света, состоящий из электромагнитных волн различной длины, фокусируется линзой в значительном количестве благодаря рассеиванию света различной преломляющей способности стеклом различной длины световых волн. Дисперсия света приводит к тому, что узкий луч белого света, проходящий через линзу, распространяется и образует спектр.
Эффективность рубинового квантового генератора мала, 0,1%. Несмотря на низкую эффективность генераторов рубиновых фотонов, этот тип генератора имеет практическое применение для сварки.
Сварочный аппарат представляет собой совокупность оптико-механических и электрических элементов, основным элементом которых является оптический квантовый генератор на основе рубинового кристалла. Установка состоит из генератора, блока питания, стола с конденсатором и стереомикроскопа. Генератор предназначен для преобразования энергии, накопленной в блоке конденсаторов, в монохроматический когерентный пучок, направленный в узком направлении.
Формирующая оптическая система, состоящая из призмы 3, линзы и сменной линзы 4, используется для формирования излучения, испускаемого кристаллом рубина, и направления его к месту сварки.
Система формования оснащена сменной линзой, которая фокусирует коллимированный световой пучок, испускаемый генератором, в пятно диаметром от 0,25 до 0,05 мм. Для конфигурации генератора используется оптическое устройство, состоящее из осветителя 8, призмы 7 и конденсаторной линзы 6. Свет от осветителя проходит через рубиновую и генераторную оптику, имитируя прохождение излучения от кристалла.
Используйте стереомикроскоп 9, чтобы визуально осмотреть место сварки и осмотреть сварной элемент, когда луч задней подсветки направлен на место сварки. Затвор 10 приводится в действие электромагнитом для защиты глаз оператора от излучения генератора во время мгновенной сварки.
Учитывая относительно низкую активную мощность, рекомендуется использовать оптический источник тепла для сварки тонкого металла. Исследования по сварке коррозионностойких сталей и титановых сплавов показали возможность получения качественных стыков на металлических пластинах толщиной от 0,1 до 2 мм. Это обеспечивает плотность вакуума и прочность более 90% прочности подложки. Скорость сварки листа толщиной 0,5 мм составляет 10-15 м / час.
Оптические источники тепла идеально подходят для использования в процессе пайки.
- Благодаря широкому диапазону регулировок энергетических параметров источник света можно использовать для пайки практически всех существующих припоев, от оловянно-свинцового до огнеупорных материалов на основе никеля и титана.
Источник света также обеспечивает сварку неметаллических материалов, таких как стекло, керамика и пластик.
Смотрите также:
Примеры решения задач по материаловедению
