Лазер в метрологии и обработке материалов

Использование электромагнитного излучения атомов и молекул стало возможным после создания квантовых усилителей в волновом и оптическом диапазонах, известных как лазеры и мазеры. Лазерное излучение представляет собой разновидность электромагнитного излучения оптического диапазона с уникальными физическими характеристиками. Уникальные физические свойства лазерного излучения, такие как высокая монохроматичность, когерентность и низкая расходимость, позволили создать мощные источники энергии, которые нашли широкое применение в разных отраслях науки и техники. Высокая концентрация энергии лазерного пучка в локальном объёме пространства, возможность управления энергией во времени и быстрое перемещение в пространстве открыли новые горизонты в области обработки материалов. Суть обработки материалов высококонцентрированными потоками энергии заключается в превращении энергии источника в тепловую энергию, что приводит к изменениям в структуре материала. Современные технологии "горячей" обработки материалов все больше заменяют классические методы "холодной" обработки в машиностроении. Лазерные технологии, такие как термообработка, сварка, резка, пайка, наплавка, маркировка, гравировка, лазерно-плазменная обработка и химико-термическая обработка, находят широкое применение в различных сферах машиностроения, таких как заготовительное, инструментальное, сварочное, термическое, гальваническое, металлургическое.
Преимущества лазеров в обработке материалов включают в себя высокую технико-экономическую эффективность и гибкость, что делает их универсальными инструментами в различных областях. Насыщение промышленности лазерным оборудованием является важным показателем научного и технического развития в индустриально развитых странах мира. Следует отметить, что в развитых странах лазерные технологии уже включены в отраслевые стандарты.

В настоящее время очистка поверхности материала является ключевой технологией в многих отраслях промышленности. В некоторых отраслях производства, таких как сварка, лакокрасочное дело и гальваника, очистка поверхности играет важную роль, поскольку качественная очистка обеспечивает долгий срок службы и надежную работу изделий. Существует несколько традиционных методов очистки поверхности, таких как механические, ультразвуковые, химические и электрохимические, которые успешно применяются в промышленности. Однако традиционные методы очистки не всегда удовлетворяют растущим требованиям промышленности. Известно, что лазерное излучение может использоваться для испарения металлов в течение наносекунд, что обеспечивает высокую эффективность процесса очистки поверхности. В процессе производства и эксплуатации машины и механизмы подвергаются различным воздействиям, что может изменить поверхностный слой. Для устранения дефектов и загрязнений на поверхности металла традиционно используют механическую, ультразвуковую, химическую и электрохимическую обработку. Однако химические методы обладают несколькими недостатками, включая низкую производительность, экологическую неблагоприятность, необходимость расходных материалов, ограничение на виды загрязнений и невозможность устранения дефектов поверхностного слоя. Электрохимическое обезжиривание, с другой стороны, может применяться для удаления слоя жира с поверхности металла после предварительного химического обезжиривания, обеспечивая более высокое качество очистки. Механическая обработка поверхности предназначена для устранения окисных пленок, окалины, ржавчины, дефектов и неорганических загрязнений. Лазерная обработка поверхности деталей проявляет уникальные свойства лазерного излучения, которые приносят значительные преимущества в технологическом процессе. Эти свойства включают универсальность, гибкость, локализацию обработки в пространстве и времени, высокую производительность, точность, селективность и стойкость к износу. Прецизионное перемещение лазерного пучка обеспечивается компьютерными системами управления. Это позволяет создавать высокоточные детали и обеспечивать повторяемость технологических процессов. Лазерный пучок не подвержен износу, в отличие от инструментов, используемых в механической обработке. Этот "безызносный" эффект приносит лазерной обработке экономические преимущества и обеспечивает стабильность технологических процессов. Кроме того, лазерный пучок устойчив к различным внешним физическим воздействиям, таким как высокие и низкие температуры, электрические и магнитные поля. Физические процессы при лазерной очистке поверхности зависят от плотности мощности лазерного излучения на поверхности.