Chương 1: Công nghệ Laser pdf

Gia công chùm tia laser là quá trình xử lý nhiệt trong đó tia laser được dùng làm nóng chảy và bốc hơi vật liệu.. I.3 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của máy phát Laser.2- Nguồn áng sáng kích t

CHƯƠNG I CÔNG NGHỆ LASER

I.1 Định nghĩa Laser.

Laser: nghĩa là quá trình khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ cưỡng bức.

Gia công chùm tia laser là quá trình xử lý nhiệt trong đó tia laser được dùng làm

nóng chảy và bốc hơi vật liệu

I.2 Đặc điểm của Laser

Công suất của nguồn bức xạ rất lớn

I.3 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của máy phát Laser.

2- Nguồn áng sáng kích thích 6- Gương bán trong suốt

I.4 Các bộ phận chính của máy phát Laser

I.4.1 Môi trường kích thích:

Là “trái tim Laser”: tạo ra sóng điện từ hoặc sóng ánh sángCác chất dùng làm môi trường hoạt tính:

Khí và hỗn hợp khí (Ne, He, CO2…)

Tinh thể (Rubi-hồng ngọc…), thủy tinh hợp chất

Chất lỏng: chất hữu cơ, vô cơ…

Chất bán dẫn: Ge, Si…

I.4.2 Nguồn kích thích:

Nguồn ánh sáng đèn Dòng điện tần số caoDòng điện 1 chiều

Độ bền cơ học, độ bền nhiệt cao

Giá thành rẻ, kích thước máy nhỏ gọn

c) Khuyết điễm:

Hiệu suất thấp: 5-7%

Ứng dụng trong thông tin, truyền hình….

I.5.3 Laser thể khí

a) Môi trường kích thích

Laser CO2-N2Laser CO2-Ne-He Laser N2, Ar…

Môi trường hoạt tính dễ bị phân huỷĐôi khi gây hại cho cơ thể con người.

I.5.5 Một số dạng laser khác

Laser khí động học: phương pháp giản nở khí đột ngột

Laser hóa học: các phản ứng hóa học để tạo ra vùng đảo mức năng lượng

Laser Gamma: là 1 loại laser có cấu tạo phức tạp, công suất lớn, bước sóng ngắnLaser nghịch dảo thời gian: tia laser ra 2 đầu

I.5.6 Các thông số đặt trưng của 1 số loại Laser

Ảnh hưởng của tia laser tới cơ thể

CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT CẮT BẰNG TIA LASERII.1 Phân loại các phương pháp cắt bằng laser

Sơ đồ phân loại các phương pháp cắt bằng tia laser

II.2 Sơ đồ nguyên lý cắt bằng chùm tia Laser

II.3 Đặc điểm của quá trình cắt bằng tia Laser

Cắt được tất cả vật liệu, hợp kim, có từ tính hay không có từ tính

Rãnh cắt hẹp, sắc cạnh, độ chính xác cao

Gia công bất kỳ hình dạng, mép cắt sạch

Quá trình cắt diễn ra nhanh chóng

Rất ít gây biến dạng đến chi tiết

Năng suất cao, không gây ồn

Chiều dày cắt từ 10-20 mm

II.4 Đặc tính của thiết bị cắt bằng tia Laser

Đặt tính về thiết bị: loại máy phát, loại nguồn,dạng xung,độ dài bước sóng………Đặt tính về dịch chuyển: tốt độ dịch chuyển, vị trí tiêu điễm

Đặt tính của khí cắt : thành phần khí hổ trợ, cắt có khí nung hay không nung Đặt tính vật liệu: tính truyền dẫn nhiệt, đặt tính quang học ( hấp thụ bức xạ, khả năng phản xạ)

II.5 Các phương pháp cắt bằng tia Laser

II.5.1 Phương pháp đột biến về nhiệt

Lợi dụng sự tập trung nhiệt đột ngột tại 1 điểm rất nhỏ trên bề mặt vật cắt và liên tục phát triển với tốc độ cao ( cở m/s) gây nên sự gãy đột biến tạo nên rảnh cắt

Dùng để cắt vật liệu giòn

II.5.2 Phương pháp cắt bằng khoan

Dùng tia laser khoan các lổ sâu hoặc không sâu, sau đó bẻ gãy bằng cơ học

Dùng để cắt vật liệu giòn

II.5.3 Phương pháp nóng chảy,đốt cháy và thổi; phương pháp nóng chảy và thổi

Phương pháp nóng chảy, đốt cháy và thổi: làm cho vật liệu nóng chảy, cháy sau đóthổi các sản phẩm cháy bay đi tạo thành rảnh cắt

Phương pháp nóng chảy và thổi: nung nóng chảy vùng bị cắt rùi dùng khí áp suất cao thổi chúng ra khỏi vùng cắt tạo thành rảnh cắt

II.5.4 Phương pháp bay hơi

Sử dụng nguồn nhiệt cao, tập trung làm cho vật liệu bay hơi tạo nên rảnh cắt

II.5.5 Phương pháp cắt nguội

Dùng laser có dãy tầng số vùng cực tím có năng lượng siêu cao để cắt

Chất lượng mép cắt rất cao

Dùng để cắt vật liệu platic, vi phẩu thuật

II.6 Các quá trình xảy ra khi cắt vật liệu

a) Sự truyền nhiệt cho vật liệu gia công

Một phần được phản xạ trở lại

Một phần được vật liệu gia công hấp thụ

b) Sự truyền nhiệt bức xạ lên vật liệu gia công

Khả năng hấp thụ năng lượng được thể hiện qua công thức:

Hệ số hấp thụ A của 1 số vật liệu

CHƯƠNG III ỨNG DỤNG TIA LASER TRONG NGÀNH CƠ KHÍIII.1 Gia công cắt các loại kim loại

Cắt bằng tia laser kết hợp nung Cắt bằng tia laser kết hợp nung nóng sơ bộ bằng chùm tia laser nóng sơ bộ bằng ngọn lửa

Ngoài ra người ta còn sử dụng khí hổ trợ trong quá trình cắt:

Nung nóng vật liệu,oxy hóa kim loại vùng cắt,hạn chế khả năng phản xạ… Thổi các vật liệu bị cháy ra khỏi vùng cắt, làm sạch mép cắt…

Chế độ cắt của vật liệu kim loại ( tham khảo)

III.2 Gia công cắt các vật liệu phi kim loại

Thường dùng khí hổ trợ khi cắt

Phạm vi ứng dụng của các loại laser khi cắt vật liệu phi kim loại

Chế độ cắt của 1 số vật liệu phi kim loại

III.3 Gia công lỗ bằng tia Laser

Đột lỗ thường ( độ chính xác thấp)

Đột lỗ chính xác:

Đột lỗ cạn: h/d <1

Đột lỗ sâu: h/d

L0: nhiệt luyện bay hơi

r0 : bán kính vùng bị chùm tia tác dụng (mm)n: số xung tác dụng lên vùng gia công

Bảng giá trị h và d một số vật liệu khi tiêu điễm nằm trên bề mặt gia công

III.4 Hàn bằng tia Laser

1-tủ điều khiển 5-chùm tia laser 9-thấu kính hội tụ

4-hệ thống làm mát 8-hệ thống quang sát

III.5 Quét xử lý bề mặt

III.6 Gia công lớp phủ bề mặt kim loại

III.7 Trong nhiệt luyện

1-chùm tia laser2-gương phản xạ3-bề mặt gia công

CHƯƠNG IV KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA LASERa) Laser trong gia công vật liệu, trong công nghệ vật liệu

Hàn

Biến cứng bề mặtHợp kim hóa bề

Máy cưa

Máy khoan

www.gsiglasers.com/LaserProcesses.aspx

b) Laser trong nông nghiệp

Kích thích tăng trưởng

Xử lý hạt giống, tăng tỉ lệ nảy mầm…

c) Laser trong thông tin liên lạc, giải trí

Truyền tin từ mặt đất lên vũ trụ, đèn, dụng cụ sinh hoạtLàm hệ thống đèn giao thông…

Đèn giao thông laser Truyền tín hiệu lên không gian

d) Laser trong trong khoa học kỹ thuật

Cung cấp năng lượng cho phản ứng nhiệt hạch

Sử dụng tia laser để làm giàu uranium

Phân tích, kiễm tra ô nhiễm môi trường

Phục chế đồ cổ, di tích…

Bắn một tia laser vào vùng trung tâm dải Ngân Hà để đo độ biến dạng của khí quyển

Trái Đất

e) Laser trong quân sự

• Radar Laser,ống ngắm

• Dẫn đường cho tên lửa

• Vũ khí …

Súng ngấm laser

Xe tăng laser của Nga

Tên lửa mang đầu dẫn laser

Dao mổ laser

Máy châm cứu laser

Nhóm 6

• Giáo viên hướng dẫn: Ths Nguyễn Hoài Nam

• Sinh viên thực hiện: Nguyễn Ngọc Long

Lê Thanh HiềnNguyễn Quốc CườngNguyễn Văn PhátTrương Quang HảiĐinh Quốc Hưng

Lê Tấn Trực Trần Minh Phụng