§ 124. Сварка лазерным лучом

Ученые Н. Басов, А. Прохоров (СССР) и Ч. Таунс (США) были удостоены Нобелевских премий в 1964 г. за создание оптических квантовых устройств, с помощью которых получают энергию в виде узконаправленного лазерного луча.

В настоящее время используют лазеры четырех типов: 1) твердый, 2) газовый, 3) жидкий и 4) полупроводниковый.

Основной принцип работы всех типов лазера одинаков. Лазерная установка состоит из одного, двух, трех и более источников света высокой интенсивности, смонтированных внутри камеры с рубиновым стержнем (например, из розового рубина, состоящего из окиси алюминия и примеси хрома до 0,05%). На концах рубинового стержня имеются параллельные зеркала. Одно зеркало имеет отражательную способность 100%, другое - менее 100% с отверстием для выхода луча.

При работе белый свет высокой интенсивности, испускаемый источником света, поглощается рубиновым стержнем. Пульсирующий свет продолжает "нагнетать" энергию в стержень до тех пор, пока не достигнет "порога" (максимальное насыщение световой энергией рубинового стержня); тогда начинается разгрузка - испускание с рубинового стержня короткого импульса новой энергии в виде красного света через отверстие в частично отражающем зеркале. После каждого испускания стержнем луча энергия в стержне падает; вновь начинается нагнетание и цикл повторяется. Каждый цикл измеряется микросекундами, Волна выходного (испускаемого) луча может совпадать с падающей волной белого света и этим усилить излучение. Усиление света с помощью вынужденного излучения и носит название "Лазер".

При большой нагрузке на кристалл и на лампы необходимо их охлаждать, так как нагрев кристалла отрицательно сказывается на работе лазера. Для охлаждения используют преимущественно жидкие газы, например азот и гелий.

Луч лазера, выходящий, например, из рубинового кристалла, фокусируется оптической линзой в пятно диаметром от 0,01 до 0,1 мм. Плотность тепловой энергии в пятне той же величины, что и в электронном луче, независимо от того, находятся ли на пути луча воздух, инертный газ, стекло или другие прозрачные вещества, или вакуум.

Лазерный луч применяется в микроэлектронике для сварки проволоки малых диаметров и плоских выводов. Этот вид сварки можно использовать в атмосфере, вакууме и в защитных газах, для сварки редких и драгоценных металлов.

Успешно и достаточно широко применяется резка лазерным лучом (с поддувом кислородом, воздухом или аргоном), причем не только металлов, но и неметаллических материалов: дерево, керамика, стекло, асбоцемент, резина. Толщины металлов, разрезаемых лазерным лучом, составляют: мягкие стали - до 10 мм, легированные стали - до 6 мм, никелевые сплавы - до 5 мм, тантал и ниобий - до 3 мм.