Введение к работе
''" і .
чАкттаяьность темы. Мощные газовые лазеры, в частности, 32 лазеры, нашли применение для промышленной обработки ггериалов вскоре после их появления. Это связано с такими их ойствами как простота конструкции и надежность, а также ізкие затраты на поддержание функционирования. В послед-:е время был разработан новый тип С02 лазеров - импульсно-:риодические, сочетающие в себе достоинства импульсных ысокая пиковая мощность) и непрерывных (средняя мощ-)сть) с частотами повторения до 1 кГц и энергией в импульсе 1 і Дж при длительности импульсов 5 -100 мкс.
Именно с помощью ИП 0 лазеров были достигнуты опре-яенные результаты в таких областях лазерной размерной об-іботки материалов как сверление, сварка, резка металлов и ди-іектриков, напыление сверхпроводящих керамических пле-ж, получение легированных слоев, аморфизация поверхности.
Исследование разнообразных физических процессов, проте-иощих при размерной обработке материалов, в частности, гид-щинамики расплава при плавлении и испарении мишени и ізвития плазмы низкопор^гового оптического пробоя, необхо-імо как для построения теоретических моделей, так и для вы-іботки рекомендаций для чисто практических применений П С02 лазеров.
Цель работы заключалась в проведении экспериментов по рификации существующих теоретических моделей различ-лх процессов и экспериментальному определению закономер->стей ИП лазерной обработки материалов, исследованию оп-[ческих свойств плазмы пробоя и обратной связи, развиваю-ейся в системе "лазер - мишень" в режимах лазерной обработ-I. Все вышеуказанные явления существенным образом опре-
деляют результат взаимодействия лазерного излучения с ї.
шеныо.
В работе были поставлены и решены следующие задачи:
-экспериментальное исследование процесса удален расплава при лазерном сверлении короткими лазерны импульсами, в том числе комбинированным излучени двух импульсных лазеров различной длительности;
- изучение влияния средней мощности лазерного излу
ния на процессы сверления в импульсно-периодическом ;
жиме;
-определение влияния плазмы низкопорогового ОП1 ческого пробоя на процессы лазерного сверления металл и исследование оптических свойств плазмы НОП;
- исследование процесса установления обратной связї
системе "лазер - мишень" при лазерной обработке матері
лов и изучение влияния обратной связи на пространстве
но-временные характеристики лазерного луча.
На защиту выносятся следующие положения:
-
Эффективность лазерного сверления металлов при ком нированном воздействии на поверхность двумя лазерными и пульсами различной длительности увеличивается по сраві нию с эффективностью каждого из них.
-
Определены экспериментальные закономерности удаг ния материала при импульсно-периодическом режиме лазери го сверления. Эффективность сверления металлов с низкой те лопроводностью увеличивается по сравнению с моноимпул сным режимом из-за роста времени жизни расплава.
3. Наличие плазмы низкопорогового оптического пробі
приводит к изменению скорости роста кривой удельного выно
от энергии импульса в области низких энергий (эффект "рг
ільшания" порога сверления), что позволяет эффективно управ-ять результатами сверления.
-
Зависимости частоты осцилляции мощности лазерного ізлучения от режима облучения при возникновении обратной вязи в системе "лазер - мишень" в процессах лазерной обработ-и материалов. Амплитуда колебаний мощности резко возрас-ает при приближении к резонансной частоте лазера.
-
Впервые получены экспериментальные доказательства лияния обратной связи на динамику развития плазмы низко-юрогового оптического пробоя и оптические свойства плазмы.
Научная новизна. В результате проведенных экспериментов сследована гидродинамика удаления расплава металлов при азерном сверлении двумя лазерными импульсами различной лительности; установлено влияние импульсно-периодического ежима облучения металлов на процесс лазерного сверления; кспериментально доказано, что процессы рефракции в плазме робоя не оказывают существенного влияния на процесс лазер-ого сверления металлов; исследованы процессы обратной свя-и при лазерной обработке материалов и их влияние на условия азвития плазмы НОП; экспериментально и с помощью чис-енной модели показано, что обратная связь существенным об-азом искажает пространственно-временное распределение изучения лазера; продемонстрировано, что эти искажения могут ущественным образом влиять на режимы развития факела изкопорогового оптического пробоя и изменять оптические войства плазмы.
Практическая ценность. Полученные данные могут быть ис-ользованы для оптимизации процессов размерной обработки іатериалов, в частности стперстий малого диаметра и сверле-ия металлов в ИП режиме и для построения физических моде-ей этих процессов. Результаты могут быть использованы при
создании новых ИП С02 лазеров, предназначенных для лазе ной обработки материалов.
Апробация работы. Основные результаты работы докладі вались на конференции по лазерам и электрооптике (СШ 1984г., 1988 и 1990 гг.), Межотраслевой научно-технической ко ференции "Взаимодействие излуче;л:я, плазменных и электро ных потоков с веществом" (Протвино, 1984 г., Фрунзе, 1990), Вс союзной конференции "Применение лазеров в народном хозя стве" (Звенигород, 1985), VIII Всесоюзной конференции по вз имодействию оптического излучения с веществом (Ленингрг 1990 г.), Международной конференции "Lasers'90" (Болгари 1990), XIV Международной конференции по когерентной и нел нейной оптике (Ленинград, 1991 г.), семинарах ФИАЭ и ИАЭ и И.В.Курчатова и МФТИ.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано печатных работ, включая 3 тезиса докладов на конференциях.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит і Введения, четырех Глав и Заключения; изложена на 150 стран цах, включая 59 рисунков, содержит список литературы из 1 наименований.
