I қисм. Машинасозлик технологияси асослари I боб. Машиналарни ишлаб чиқариш

25.2. Лазер нури ёрдамида материалларга ишлов бериш

Лазерли пайвандлаш. Лазерли пайвандлаш нуқтали ва чокли бўлиши мумкин. Кўпгина ҳолларда энг кичик зонали термик таъсир кўрсатувчи импульсли лазерлар қўлланилади. Лазерли пайвандлаш ёрдамида коррозия бардош пўлатлардан, никелдан, молибдендан ва бошқа материаллардан тайёрланган деталларнинг юқори сифатли бирикмаларини ҳосил қилиш мумкин. Юқори қувватли лазерли нурланиш юқори иссиқлик ўтказувчи материалларни (мис, кумуш) пайвандлашга имкон беради. Бошқа усулларда пайвандланиши қийин бўлган материаллар учун (вольфрам билан алюминий, мис билан пўлат, бериллийли бронза бошқа қотишмалар билан) пайвандлашда лазерли усул қўлланилади. Пайвандланадиган материалга қараб пайвандланадиган деталларнинг сиртига нурланиш оқими 0,1...1 МВт/см² зичликда бўлиши мумкин. 0,05...2 мм ли импульсли қаттиқ танали лазер ёрдамида пайвандлашда материалларнинг суюқланиш чуқурлиги пайвандланиш нуқтасининг диаметри ёки 0,5...5 мм чок кенглигига кўра 0,01...1 мм қалинликдаги деталларни ишончли пайвандлашга имкон яратади. Лазерли пайвандлаш учун жиҳозлар қуйидаги режимда ишлашни таъминлайди: импульсда нурланиш энергияси 0,1...30 Дж, импульснинг давомийлиги 1...10 мс, ёруғлик доғининг диаметри 0,05...1,5 мм нуқтали пайвандлашда унумдорлик минутига 60 та операция, чокли пайвандлашда суюқлантириш чуқурлиги 0,5 мм бўлганда пайвандлаш тезлиги 1 м/мин бўлади.

Лазерларни конструкциянинг қийин етиб бориладиган жойларини пайвандлаш учун, енгил деформацияланадиган деталларни бириктириш учун интенсив иссиқлик ажратиб чиқарадиган шароитларда қўллаш (масалан, паст температураларда юқори иссиқлик ўтказувчан материаллар учун), ҳамда термик таъсир зонасини минимал таъминлаш зарур бўлганда қўллаш энг катта самара беради.
Лазерли пайвандлашни қўллашда пайванд бирикмаларнинг мустаҳкамлиги (чок кенглиги атиги бир неча мм ни ташкил қилади) пайвандланадиган материалларнинг мустаҳкамлиги даражасига етади. Автомобил кузовларини, титан ва алюминий листларини, газ қувурларини пайвандлашда автоматик лазерли пайвандлаш ҳамда автомобилларнинг кардан валларини автоматик лазерли пайвандлаш қўлланилмоқда. Бунда валнинг ишлаш муддати уч баробар ортди. Металмас материалларни лазерли пайвандлаш ҳам ривожланмоқда.
Лазерли пайвандлаш яхши танилган пайвандлашнинг бошқа усуллари билан муваффақиятли рақобатлашмоқда. У кўпгина афзалликларга эга бўлиб, кўпгина ҳолларда, ҳаттоки ягона имкони бор бўлган пайвандлашнинг усули бўлиб ҳисобланади. Вакуум керак бўлган электрон пайвандлашдан фарқли ўлароқ лазерли пайвандлаш атмосферада амалга оширилади. Лазерли пайвандлаш тез ва юқори аниқликда берилган нуқтада ёки берилган чизиқ бўйлаб амалга оширилиши мумкин. Иссиқлик таъсирига бериладиган зона жуда ҳам кичик ўлчамга эга бўлиб, қизиш таъсир қиладиган элементларнинг бевосита яқинида пайвандлаш зарур бўлган ҳолларда катта аҳамиятга эга бўлади.

Термик ишлов бериш. Лазер нурини метал сиртига йўналтирилганда металнинг юпқа қатлами тез қизийди. Нурни сиртнинг бошқа участкаларига суриб борган сари қизиган участка тез совийди. Мустаҳкамлиги жуда ҳам оширилиши зарур бўлган сирт қатламини тоблаш худди шундай амалга оширилади.

Лазерли тоблаш энг кўп ейилишга учрайдиган деталларнинг айнан ўта ейиладиган сирт участкаларини танлаб олиб тоблашга имкон беради. Масалан, автомобил саноатида дивигатель цилиндри каллакларини, клапанларининг йўналтирувчиларини, шестернялари, тақсимловчи валлари ва бошқаларнинг мустаҳкамлигини ошириш учун лазерли тоблаш қўлланилади.
Cиртларнинг қаттиқлигини ошириш учун лазерли легирлаш ҳам қўлланилади. Бунинг учун ишлов бериладиган сиртга дастлаб кукун кўринишидаги легирловчи модда суртиб чиқилади. Лазер ёрдамида нурлантирилганда, заготовканинг сирти эрийди ва кукун билан заготовка материалининг юпқа қатламдаги сиртида суюқланиб, ўзаро аралашиши содир бўлади.
Анъанавий усулга қараганда лазерли термик ишлов бериш материал қаттиқлигини 20-30% га ва унинг ейилишга чидамлилигини бир неча баробар оширишга имкон беради.

Металларни кесиш. Лазер ёрдамида материалларни ҳам импульсли, ҳам узлуксиз режимда кесиш мумкин. Импульсли режимда узлуксиз кесиш тешикларни кетма-кет қўйилиши натижасида амалга оширилади.

Узлуксиз ишлайдиган СО₂ ли лазерлар газ-лазерли кесишда қўлланилади, бунда лазер нурининг таъсир зонасига газ оқими узатилади. Газ ишлов бериладиган материал турига қараб танланади. Кўпгина металларни, ойнани, керамикани кесишда газ оқими эриган материал зонасидан пуркалади, бу кесилган сиртнинг паст ғадир-будирликда ва юқори аниқликда бўлишини таъминлайди. Темирни, кам углеродли пўлатни ва титанни кесишда қизиш зонасига кислород оқими юборилади.

Тешикларни ҳосил қилиш. Лазер ёрдамида ҳар қандай материалда тешик ҳосил қилиш мумкин. Одатда, бу мақсадда импульсли усул қўлланилади. Унумдорликка катта энергияли (30Дж) битта импульсда тешик ҳосил қилишда эришилади. Бунда тешикдан материалнинг асосий массаси эриган ҳолатда буғнинг катта босими остида олиб ташланади. Буғ эса модданинг нисбатан кичик қисмининг буғланиши натижасида ҳосил бўлади. Бироқ бир импульсли усулда ишлов бериш аниқлиги юқори эмас (диаметрнинг 10-20 ўлчамига ). Максимал аниқликка (1...5%) ва жараённи бошқаришга материалларга импульслар серияларининг (кўп импульсли усул) таьсирида эришилади. Бу сериялар нисбатан кичик энергияли (одатда 0.1...0.3 Дж) ва қисқа муддатли (0,1 мс ва ундан кам) бўлади. Кўндаланг кесими (думалоқ, учбурчак ва ҳоказо) ва бўйлама кесими (цилиндирик, конуссимон ва бошқа) турлича кўринишдаги, иккала томони очиқ ва бир томони берк тешикларни ҳосил қилиш мумкин. Диаметрига чуқурлигининг 0.5 10 нисбатдаги 0,003...1 мм диаметрли тешиклар ҳосил қилиш ўзлаштирилган. Ишлов бериш режими ва материал хоссасига қараб тешик деворларининг R_aқ0,40…0,10 мкм даги сирт ғадир-будирлигига эришиш мумкин ва нуқсонли қатлами 1...100 мкм ташкил этади. Лазерли қурилмаларнинг тешиклар ҳосил қилишда унумдорлиги - минутига 60...240 та тешик. Бошқа усулларда қийин ишлов бериладиган материалларда (олмос, рубин, керамика ва бошқа) 100 мкм дан кичик диаметрли тешиклар ёки сиртга нисбатан бурчак остида тешиклар ҳосил қилишда лазерни қўллаш энг катта самара беради.

Лазер нури ёрдамида ишлов беришнинг афзалликлари. Материалларга лазер ёрдамида ишлов беришнинг асосий афзалликлари:

-имкони бўлган ишлов бериш жараёнларининг турли хиллиги ва ишлов бериладиган материлларнинг (механик ишлов беришга мутлақо буйсунмайдиган материлларни қўшган ҳолда) турли хиллиги;
-материалга ишлов бериш бўйича операцияларни бажариш тезлигининг юқорилиги;
-операцияларнинг автоматлаштиришнинг имкони борлиги, бунинг натижасида меҳнат унумдорлиги тубдан ортади;
-ишлов беришнинг юқори сифатлилиги (пайванд чокларининг мустаҳкамлиги, кесимларнинг аниқлиги, ишлов бериладиган сиртларда ифлосланишнинг бўлмаслиги);
-юқори аниқликдаги прецизон ишлов бериш имкони борлиги;
-материлларга ишлов беришни масофадан бошқарилиши;
-турли операцияларнинг бажарилиши, жумладан, назоратдан ўтказиш операциялари.
Ҳозирги пайтда лазерли автоматлаштирилган ишлаб чиқариш ишламоқда.