Oliy va o’rta maxsus ta’lim vazirligi z. M. Bobur nomidagi andijon davlat universiteti magistratura bo’limi Fizika kafedrasi

II-BOB. LAZER NURLARINING TURLI MUHITLARDA QO`LLANILISH JARAYONLARI

2.1. Lazer nurlarining qo`llanilishi

Texnologik lazerlarning qo‘llanilishiga e’tibor qarataylik. Lazer texnologiyasi birinchi lazer yaratilgandan boshlab rivojlanib kelmoqda [3]. Lazer nuri qirqish, teshish, o‘lchamli ishlov berish, kovsharlash, markalash, ustama quyish va issiqlik ishlovi berish uchun qo‘llaniladi. Texnologik maqsadda bir neche vat quvvatdan tortib bir necha kilovat quvvatgacha uzluksiz va impulsli rejimda ishlovchi ultrabinafsha dan IQ-gacha spektrdagi lazerlar qo‘llaniladi. Sanoatda quyidagi turdagi lazerlar keng qo‘llaniladi.

Gaz lazerlari. CO₂-lazeri. Bunday lazerlarda geliy, azot va uglekislыy gazlar aralishmasi ko‘zgu shaklidagi rezonatorlar orasi gaz razryadi hosil qilish orqali lazer nuri generatsiyalanadi. Doimiy tok yoki yuqori chastotali elektr toki bunday lazerlarning qo‘zg‘atuvchi generatori sifatida qo‘llaniladi. Bunday lazerlar turli qalinlikdagi listlarga ishlov berish jarayonida optimallashtiriladi. Gaz aralishmasini sovitish uchun 1km/s tezlikda sirkulyatsiyalanuvchi turbina ishlatiladi, shuning uchun tez qo‘zg‘atiluvchan tizim deyiladi.

Bunday gaz lazerlariga xizmat ko‘rsatishning tannarxi yuqori emas, konstruksiyasi sodda, rezonatorini ta’mirlash qiyin emas. 20 KVt quvvatgacha gaz lazerlari ko‘plab ishlab chiqariladi.

Diffuzion sovutiluvchi CO₂-lazerlar o‘zining sodda konstruksiyasi va arzonligi bilan ajralib turadi, chunki gaz aralashmasini sovitish uchun turbina va vakuumli nasos zarur emas. Odatda 2 tagina ko‘zguga ega. Gaz aralashmasini sovitish esa gaz razryadi kamerasida joylashgan suv bilan sovitiladigan elektrodlar yordamida amalga oshiriladi. Yuqori chastotali qo‘zg‘atish qo‘llaniladi, gaz aralashmasining yillik sarfi 1 litrni tashkil etadi. Lazer nurining sifati yupqa qatlamlarga ishlov berish uchun doim optimaldir. FIK esa tez qo‘zg‘atiluvchi lazerlarga nisbatan bir oz kamroq.

Gaz lazerlarining o‘rtacha FIK 10 % ni tashkil etadi. Bu degani 3 KVt quvvatli lazer 40-50 KVt energiya sarflaydi. Uning 10-20 KVt qismi raqamli boshqaruv va elektronika qismiga sarflanadi. 10,6 mkm to‘lqin uzunlikdagi nur uchun elastik shaffof moddalar bo‘lmaganligi uchun ishlov beruvchi nur 3-6 ta sodda ko‘zgular yordamida uzatiladi. Geometrik jihatidan o‘zgartiriluvchan ko‘zgular qo‘llanilagni uchun lazer nurining quyidagi parametrlari oson boshqariladi: dog‘ diametri, sochilish burchagi, fokus uzunligi. Natijada yupqa yoki qalin listlarni kesish uchun optimal sharoit oson ta’minlanadi. Nur bir necha millimetr chuqurliklarga oson kiritishi mumkin va natijada 1 dan 20-50 millimetrgacha qalinlikdagi listlarga samarali ishlov berilishi mumkin.

Temir asosli metallar oson kesiladi. Lekin alyumin va mis kabi metallar sirtidan samarali qaytarilgani sababli bunday lazerlar yordamida ishlov berish qiyinroq. Oddiy yoki organik shishalar va polimer materiallar bunday lazer nurini yaxshi yutadi. Shuning uchun ulardan xavfsiz texnologik asbob sifatida samarali foydalanish mumkin.

Qattiq jismli lazerlar. Tolali lazer. Bunday lazerlarda faol muhit sifatida shisha tolalar xizmat qiladi. Qo‘zg‘atish jarayoni yustirlash mexanizmiga o‘rnatilgan nurlanuvchi diodlar yordamida amalga oshiriladi. Har bir tola yordamida 1 mkm to‘lqin uzunligida 1 KVt quvvatgacha lazer nurlari hosil qilinadi. Zarur bo‘lganda bir necha tolalardan chiqayotgan nurlar jamlanib tashuvchi tolaga va u orqli ishlov berish golovkasiga yuboriladi. Natijaviy nur intensivligi bir tekis bo‘lmaydi. Bunday lazerlar tez ta’mirtalab xolatga keladi.

Diskli lazerlar. Bunday lazerlarda faol muhit sifatida itterbiy va neodim bilan faollashtirilgan granat qo‘llaniladi. Odatda 0,3 mm qalinlikdagi diodli lazer suv bilan sovitiladigan ko‘zguga yopishtirilgan shaklda bo‘ladi. Kichik qalinlik va yuqori issilik o‘tkazuvchanlik hisobiga bunday qattiq jismli lazer yuqori temperaturaviy turg‘unlikda ishlaydi. Disk diametri 6-16 mm bo‘lib lazer nurining zichligi juda katta emas. Uning optik mustahkamligi shishaga nisbatan anchagina yuqori, faol elementlarining ish resursi cheksiz ko‘pdir. Qo‘zg‘atish jarayoni quvvati katta bo‘lgan nurlanuvchi diodlar va parabolik ko‘zgu yordamida amalga oshiriladi. Plug-and-play tizimi har bir diodning ishlashini nazorat qiladi.

Lazer nurini TruDiskTRUMPF boshqarish tizimi har bir diodning samarali ishlashini ta’minlaydi. Har bir TruDiskTRUMPF blok 4 kVt quvvatgacha nurlanishni hosil qiladi. Nurlanish quvvatini oshirish uchun disklar ketma-ket qo‘yiladi. Uzluksiz rejimda 16 KVt quvvatgacha ishlaydigan diskli lazerlar ishlab chiqarilmoqda.

Zaruriy xolatlarda quvvatni oshirish uchun tolali lazerlarda qo‘llaniladigan prinsip, ya’ni bir necha diskli lazerlardan chiqayotgan nurni optik jamlash usulidan foydalaniladi. Bunday vazifa misol tariqasida 20-30 mm qalinlikdagi listlarni kovsharlashda 30 KVt dan yuqori quvvatli nur zarur bo‘lganda qo‘llaniladi. Diskli lazerlardan nurlar optik tola orqali texnologik modulga uzatiladi. Diskli lazer nurining to‘lqin uzunligi 1 mkm atrofida bo‘ladi.

Diodli lazerlar. Diodli lazerlarda r-p-o‘tishda elektr energiyasi lazer nuriga aylantiriladi. Diodli lazer – bu rezonatorga ega va maxsus material asosiga qurilgan nurlanuvchi dioddir. Natijaviy nur bir necha diodlardan chiqqan nurlar yig‘indisidir. Lazerning to‘lqin uzunligi 0,9-1,1 mkm bo‘lib, metallar sirtida yaxshi yutiladi. 6 KVt quvvatgacha nur chiqara oladigan diodli lazerlar ishlab chiqariladi. Diodli lazerlar boshqa turdagi lazerlardan nur xarakteristikalari bo‘yicha tubdan farq qiladi. Shuning uchun ular kovsharlash, ustama quyish, issiqlik ishlovi berish kabi maqsadlarda qo‘llaniladi.

Sterjenli lazerlar. Faol elementi sterjen shaklida bo‘lgan lazerlar o‘zining issiqlik o‘tkazuvchanligi va nurning sinish koeffitsientining temperaturaga bog‘liqligi tufayli alohida qo‘llanilish jihatlari bilan xaraterlanadi.

Bunday lazer ishlaganda sterjen kesimi bo‘ylab temperatura notekis o‘zgaradi va u ishlash quvvati, davomiyligi bilan aniqlanadi. Lazer nuri dastasi frontining kutilmagan og‘ishlariga olib kelishi mumkin. Shuning uchun bunday lazerlar past quvvatlarda 200-500 Vt gacha diapazonda yoki impulsli rejimda qo‘llaniladi. Impulsli rejimda har bir impuls sterjen kesimi bo‘ylab bir tekis temperatura xolati tiklanganda generatsiya qilinadi. Lazer nozik ishlarda, mikrokovsharlashda qo‘llaniladi.

Qattiq jismli lazerlarni sanoatda qo‘llashning o‘ziga xos jihatlari

Qattiq jismli lazerlarni qo‘llashning o‘ziga xos jihatlari mavjud. Diskli va tolali lazerlar FIK 24-30 %ni tashkil etadi. Tolali yoki diskli lazerlar 3 KVt quvvatli nurlanish hosil qiladi, buning uchun 25-30 KVt energiya iste’mol qiladi. Bu energiyaning yarmidan ko‘pi raqamli boshqaruv va elektronika uchun sarflanadi.

Qattiq jismli lazerlarning to‘lqin uzunligi 1 mkm atrofida va bunday nur metal sirtida yutiladi. Qalinligi birnecha o‘n mikrondan 1-3 mm gacha qalinlikdagi listlarga ishlov berishga yaroqli. Qalinroq qatlamga ishlov berishda texnologik gazning intensiv kinetik oqimi talab etiladi va bu texnologik jarayon tannarxining ortishiga olib keladi. Oddiy optik shisha 1 mkm to‘lqin uzunligi uchun shaffofdir, shuning uchun ingichka shisha tola orqali lazer nurini uzoq masofaga deyarli yo‘qotishlarsiz uzatish mumkin. Qattiq jismli lazerga ega texnologik tizimlar lazer nurini texnologik modulga uzatish uchun nurlanishni uzatish tola tizimiga egadir.

Asosiy afzalliklari:

• 
  Yupqa qatlamli listlarga ishlov berish samaradorligining yuqoriligi;
  
• 
  Alyuminiy va mis qotishmalariga ishlov berish samaradorligi;
  
• 
  Bir lazerdan nurlanishni bir necha texnologik tizimlarga uzatish imkoniyati;
  
• 
  Ishlab chiqarish sexidan ko‘ra yaxshiroq sharoitli xonaga lazerni joylashtirish imkoniyati; Bir necha lazer va bir necha texnologik modullarni tarmoq sifatida ulash imkoniyati;
  
• 
  Iqtisodiy samarali.
  

0,4 dan 2,5 mkm gacha to‘lqin uzunlikli nur ko‘zga to‘siqsiz tushadi. Qattiq jismli lazerlar xech qanday og‘riqsiz ko‘z to‘rini osonlikcha ishdan chiqaradi. Xozirgi vaqtda quvvatli qattiq jismli lazerlar nuridan samarali ximoyalash vositalari mavjud emas.

Qattiq jismli lazerlarning muhim jihati shundan iboratki, nurni uzatish uchun tolalar tizimi ishlatiladi. Tolani egish paytida ichki to‘la qaytish sharti buziladi va oniy nur ko‘z qobig‘ini kuytirishi mumkin.

Shunday qilib, qattiq jismli lazerlar o‘ta xavfli. Shuning uchun bunday lazerlar germetik xonaga joylanadi. Jarayonni kuzatish uchun maxsus filtrlar yoki kamera orqali yo‘l qo‘yiladi.

Texnologiyaning tez rivojlanishi bilan qattiq jismli lazerlar konstruksiyalari takomillashdi, ularning tannarxi kamaytirildi va sanoatda qo‘llash mikoniyatlari kengaydi. Lekin, 1,03–1,07 mkm to‘lqin uzunlikli nurlarning metallar va biologik ob’ektlari bilan ta’sirlashuvi 10–20 mkm dan 3–5 mm gacha qalinlikdagi listlarnitez kesish va kovsharlashdagi imtiyozli qo‘llanilishi chegarasini aniqlaydi. Buning uchun lazerni tanlashda quyidagi ikki oddiy prinsipni hisobga olish kerak:

1. 
   To‘lqin uzunligi 1 mkm bo‘lgan lazerlarni kovsharlash va kesishda qo‘llash samaradorligi nur quvvatiga proporsionaldir. Lazer quvvati ishlov beriladigan ob’ekt kesish hajmiga va material nomenklaturasiga mos bo‘lishi talab etiladi.
   
2. 
   Lazerning quvvati qancha katta bo‘lsa, gaz sarfi shuncha kam bo‘ladi, ya’ni kamquvvatli lazer sotib olinsa, kesish jarayonida kesuvchi gaz uchun harajatlar juda ortib ketadi. 1 mm qalinlikdagi po‘latni kesish uchun 1 KVt quvvatli lazer zarurligi prinsipi amal qiladi.
   

3 mm gacha qalinlikdagi listni qattiq jismli lazer bilan kesish tezligi 5 KVt quvvatli gaz lazeri ni qo‘llagandan ko‘ra 30 %ga yuqoridir. Agar list qalinligi 4 mm dan ko‘p bo‘lsa, gaz lazerdan fodalanish samarli.

Zamonaviy ishlab chiqarish korxonalarida turli materiallarni bichish uchun issiqlik uzatilishini e’tiborga olgan xolda avtomatik boshqariladi. Buning hisobiga sub’ektiv xatolarga barham beriladi. Yupqa listli uglerodli po‘latni kesishda kisloroddan foydalangan xolda quyidagi quvvatli lazerlar tanlanadi:

• 
  List qalinligi 1 mm - 1100 Vt;
  
• 
  List qalinligi 2 mm - 1200 Vt;
  
• 
  List qalinligi 3 mm - 2000 Vt;
  
• 
  List qalinligi 5 mm - 3800 Vt;
  
• 
  List qalinligi 10 mm va yuqori - 5000 Vt.
  

Issiqlik uzatilishi cheklangan sharoitlarda impulslar ketma- ketligi boshqariladigan lazerlardan foydalaniladi. Ya’ni, agar lazerli kesish tizimi ko‘pquvvatli gaz lazeriga ega bo‘lsa, yupqa listlarni kesishda 1-2 KVt quvvatli rejimdan foydalaniladi. Ishlov berish parametrlarining to‘g‘ri tanlanishi uning sifatini belgilaydi. Zamonaviy lazerli kesish qurilmalarida jadval ko‘rinishida kesish rejimlari, talab etilgan fragmentga chiqish uchun turli o‘lchamli radiusli zaruriy kesish traektoriyalari va h.k. Agar kamquvvatli lazer tanlansa kesish jarayoni sekinlashadi va kesuvchi gaz xarajati ortib ketadi. Agar quvvati katta lazer tanlansa mahsulot sifati pasayadi. Demak, kichik yoki katta quvvatli lazer tanlansa, kesish jarayoni samaradorligi yo‘qotiladi. Qattiq jismli lazerlar gaz lazerlarga raqobatli emas, balki kesuvchi va kovsharlovchi yangi qurilmalar sifatida bozorni to‘ldirdi. Faqatgina lazerlar tizimini tanlashda, avvalo, zaruriy ishlab chiqarish quvvatini, ishlov beriladigan materiallar turini va qalinligini e’tiborga olish zarur.

Sanoatda qo‘llaniladigan lazer qurilmalaridan birini ko‘rib chiqaylik. Masalan LIS-25 tipidagi lazer. Uning umumiy ko‘rinishi 1.5.1-rasmda keltirilgan.

2.1-rasm.

Bu lazer stolda joylanadi va YAG:Nd kristali negizida yaratilgan impulsli lazer hisoblanadi.

Uning qo‘llanilish sohasiga quyidagilarni kiritish mumkin:

1. 
   Zargarlik sohasi yoki metallarga badiiy ishlov berish: payvandlash, silliqlash, ustama quyish, markalash, kesish,pazlar ochish, teshish va h.k.
   
2. 
   Instrumentlar ishlab chiqarish sohasi: instrumentning qattiq qotishma qismini ulash, kesuvchi qismlarni mustahkamlash, markalash.
   
3. 
   Ta’mirlash: payvandlash, yoriqlarni yamash, yeyilgan qismlarni tiklash. Metallarga ishlov berish: quyish defektlarini bartaraf etish, yupqa qatlamli va murakkab konfiguratsiyali detallarni payvandlash va h.k.
   
4. 
   Elektrotexnik ishlab chiqarish: emalli va izolyatsiyali simlarni tozalash, simlarni ulash, yig‘ilgan o‘zaklarni payvandlash orqali bog‘lash.
   
5. 
   Ta’lim muassasalarida: Optika valazer bilan bog‘liq mavzularni o‘qitishda demonstratsion qurilma sifatida.
   

Bunday lazerning afzalliklari sifatida quyidagilarni alohida ta’kidlashimiz mumkin.

Birinchidan, texnologik jihatdan katta imkoniyatlarga ega, katta texnologik lazerlarga raqobatlidir, kichik hajm va og‘irlikka ega, juda kam energiya sarflaydi. Bu qurilma mobil bo‘lib uni 220 V kuchlanish mavjud bo‘lgan har qanday sharoitda qo‘llanilashi mumkin.

Unga xizmat ko‘rsatish murakkab emas, ximoya oynasi tozalanib turiladi va bir yilda bir marta distillangan suv almashtiriladi. Undar tashqari ishonchli mexanik ta’sirlardan ximoyaga ega va ko‘p yillar davomida turli ishlab chiqarish sharoitlarida sinalgan.

Yoqib o‘chirish tez amalga oshiriladi, o‘chirilganda protsessor xotirasida ishlatilgan rejim saqlanadi. Boshqaruv tizimining soddaligi va beriladigan impuls shakllarining protsessorda saqlanganligi. Zamonaviy lazerlar orasida bu lazer laboratoriyada emas, balki ishlab chiqarish sharoitida yaratilgan va arzondir.

Asosiy texnik xarakteristikalari quyidalardan iborat:

MODEL LIS-25 LIS-25/2
Generatsiya tshlqin uzunligi 1,06 mkm (Nd:YAG) Impuls energiyasi 25 J gacha
Impuls davomiyligi 0,05 - 20 ms Lazer quvvati 12 kVt Nur diametri OF-50: (0,15 - 1)mm ;OF-100: (0,25 - 2 )mm
Impulslar chastotasi 1- 8 Gs 1- 16 Gs Nurning o‘rtacha quvvati 25 Vt 55 Vt Ta’minot 220 V, 50 Gs, 1 kVt 220V, 50Gs, 2,3 kVt Sovitish suv-havo Og‘irligi 24 kg 28 kg

Impulsli lazer texnologiyalari Issiqlik ishlovi

XVG, 9XS, X12F kabi va tezkesuvchi po‘latlardan tayyorlangan turli xil kesish va teshish instrumentlarini mustahkamligini oshirish uchun keng qo‘llaniladi. Kesuvchi instrumentning sirtiga impulsli lazer ta’sir qilganda uning ta’sir zonasida fizikaviy-kimyoviy xossalari o‘zgaradi: mikroqattiqlik oshadi, issiqlik va tribotexnik xususiyatlari o‘zgaradi. Natijada kesuvchi instrumentning mustahkamligi ortadi.