Реферат: Контроль і дефекти відливків
Перші лазери з'явилися наприкінці 1950-х - початку 1960-х років, однак уже сьогодні можна назвати більш 350 різних їхніх застосувань майже у всіх сферах діяльності людини. Серед них найбільш поширена лазерна обробка матеріалів. Лазерна технологія виявилася досить динамічною і самостійною областю сучасного Машино- і приладобудування, що по обсязі капіталу виходить на бататоміліардні обороти. Найбільше ефективно технологічне застосування лазерного випромінювання в мікро обробці, розкрої і різанні матеріалів, з міцніючої поверхневої обробки, зварюванню, маркіруванні, гравіюванні, поверхневій очищенні матеріалів, вирощування трьох мірних об'єктів, формуванні виробів складної просторової форми з листового металу, спеціальних операціях лазерної обробки.
Лазерні системи поділяються на три основні групи: твердотільні лазери, газові, серед яких особливе місце займає CO2-лазер; і напівпровідникові лазери. Якийсь час назад з'явилися такі системи, лазери, що як перебудовуються, на барвниках, твердотільні лазери на активованих стеклах.
Застосування лазерів при мікро обробці звісно що з часу їх появлення. Завдяки специфічним властивостям лазерного випромінювання, характерної високої концентрацій, електромагнітна енергія може бути значно локалізована, що дозволяє контрольовано видаляти мікроскопічні обсяги матеріла і в такий спосіб виконувати прецизійну обробку. В даний час можна одержувати мікроотвори у різних матеріалах незалежно від їхніх властивостей.
Розкрій і різання матеріалів. Застосування лазера при розкрої і різанні зараз дуже поширено, тому що одночасно з високою точністю обробки забезпечується значна економія матеріалу за рахунок дуже малої ширини різа і раціональної системи розкрою в порівнянні з традиційними технологіями. При цьому ефективність вирізування виробів складного профілю при звичайної вирубною штампуванню листових виробів.
Лазерної розкрій матеріалів широко використовується в сучасної автомобільної, аерокосмічний, суднобудівної, електротехнічної промисловості, сільськогосподарському машинобудуванні, легкої промисловості. Останнім часом розвивається і досить специфічне застосування лазерного розкрою, наприклад, в енергетичній промисловості. Так, на атомних станціях при виконання монтажних і ремонтних робіт
устаткування часто виникає потреба в дистанційній обробок (різанню) різних металевих виробів при високих рівнях радіації. Яскравим прикладом специфічних можливостей лазерного різання є розробка лазерного комплексу для проведення демонтажних робіт в об'єкті "Укриття" Чорнобильської атомної станції.
Зварювання. Завдяки високій концентрації енергії і можливості досить гнучкого керування нею в просторі і часі лазерний промінь став універсальним термічним джерелом для виконання нероз'ємних з'єднань з різних матеріалів. В даний час з його допомогою можна з'єднати тонкий провідник з металевою мікро плівкою. Лазерним променем можна зварювати і сталеві деталі товщиною більш десятка сантиметрів з досить високою якістю з'єднання, якого не можна досягти іншими методами зварювання. Крім з'єднань сталей різних типів, лазерна технологія виявилася дуже ефективної при зварюванні алюмінію й алюмінієвих, а також титанових сплавів. Завдяки можливості дуже якісного зварювання металевих аркушів різної товщини створена нова технологія штампування великогабаритних деталей складної просторової форми з різної товщини листових заготівель.
Маркірування, гравіювання, нанесення і зчитування інформаційних знаків.
На відміну від традиційних методів лазерна технологія дозволяє проводити маркірування на будь-яких матеріалах безконтактна і з дуже великою швидкістю при забезпеченні надзвичайно високої якості. Його можна проводити не тільки на поверхні, але й усередині обсягу матеріалу, прозорого для лазерного променя.
Виконання художні написів, малюнків, різних гравірованих робіт добре зарекомендувало себе в ювелірній промисловості, при виготовленні сувенірних виробів з металу, дерева, скла, каменю...Виявилося можливим виготовлення компакт-дисків двошаровим, причому верхній шар є прозорим для лазерного випромінювання. Таким чином, потрібна інформація спочатку наноситься сфальцьованим променем на перший шар, а потім при зсуві фокальної плями на поверхню другого шару запис інформації (чи її зчитування) може бути продовжена. У результаті її обсяг, записаний на такому диску, зростає вдвічі.
Динамічне балансування. Ряд сучасних дуже відповідальних прецизійних виробів має вузли, що вимагають специфічної операції – динамічного балансування, тобто точного видалення зайвої маси поверхні чи вузла деталі, що обертається з великою швидкістю, для забезпечення стабільної роботи виробу. До таких виробів можна віднести суднові й авіаційні гіроскопи, швидкісні електродвигуни і т.п..
Поверхневе очищення матеріалів. Вона посилено розвивається в останні роки. Якщо донедавна досить поширено було тільки лазерне видалення ізоляції з кінців проводів перед їхнім з'єднанням з відповідними електричними (електронними) елементами, то зараз з'являються усе більш незвичайні і навіть екзотичні застосування.
Видалення ізоляції - саме по собі дуже ефективний процес: швидкодіючий, легко контрольований, безконтактний (не викликає ушкодження провідника).
Це дуже важливо для надтонких мікро провідників і різних деталей мікроелектроніки. Висока якість очистки головним чином досягається завдяки значної поглинаючою здатності різних органічних матеріалів (зокрема , полімерних ізолюючих покрить) в умовах їхнього опромінення інфрачервоним променем лазерів з довжиною хвилі 10,6 чи 1,06 км. Така технологія також використовується для очищення поверхонь відповідальних деталей від промислового бруду, різного роду поверхневих включень у матеріалі й ін. замість традиційних хімічних методів очищення.
Формування виробів складної просторової форми з листового металу. Завдяки можливості дуже точно контролювати подачу теплової енергії в зону лазерної дії і її переміщення по поверхні оброблюваного матеріалу з'явилася технологія програмованої зміни форми листового металу за рахунок термічних деформацій, генерованих лазерним променем. За новою технологією без використання традиційних дороги деформуючих інструментів можна виготовити трубчасті деталі, хвилясті поверхні, згинати металевий матеріал відповідно до заданої програми. Ця технологія добре себе зарекомендувала увипадках, коли потрібно виготовити невелику партію складних деталей з металевого листа, а проектування і виготовлення складного деформуючого інструмента не окупається. Відомо експериментальне використання випромінювання могутнього СО2-лазера зміни просторової форми листа прокатної сталі товщиною 25 мм.
Спеціальні операції лазерної обробки. Специфічні особливості
використання лазерного променя як універсального інструмента дають можливість постійно пропонувати вага нові і нові технологічні застосування лазерів. Значної ефект дає комбінування лазерної технології з іншими технологічними методами. Так, Використання лазерного локального нагрівання шаруючи матеріалу перед його видаленням механічним режущем інструментом значно полегшує процес механічної обробки надтвердих матеріалів, підвищує стійкість інструмента, що ріже.
Можливості технологічного застосування лазерного випромінювання далеко не вичерпані, про що свідчать результати численних новітніх публікацій. Подальший розвиток лазерної техніки і технології дозволяє виробнику одержати значні переваги в умовах складної конкуренції сучасної глобальної економіки.
Процес кристалізації металів і сплавів, графічне зображення процесукристалізації
Будь-яка речовина може знаходитися в трьох агрегатних станах: твердому, рідкому, газоподібному. Можливий перехід з одного стану в інше, якщо новий стан у нових умовах є більш стійким, має менший запас енергії. Зі зміною зовнішніх умов вільна енергія змінюється по складному законі по-різному для рідкого і кристалічного станів. Для початку процесу кристалізації необхідно, щоб процес був термодинамічно вигідний системі і супроводжувався зменшенням вільної енергії системи. Це можливо при охолодженні рідини нижче температури ТS.
Температура, при якій практично починається кристалізація називається фактичною температурою кристалізації.
Ступінь переохолодження залежить від природи металу, від ступеня його забруднення (чим чистіше метал, тим більше ступінь переохолодження), від швидкості охолодження (чим вище швидкість охолодження, тим більша ступінь переохолодження).
Розглянемо перехід металу з рідкого стану у тверде.
При нагріванні всіх кристалічних тіл спостерігається чітка границя переходу з твердого стану в рідке. Така ж границя існує при переході з рідкого стану у тверде.
Кристалізація – це процес утворення ділянок кристалічних ґрат у рідкій фазі і ріст кристалів з центрів, що утворилися.
Кристалізація протікає в умовах, коли система переходить до
термодинамічно до більш стійкого стану з мінімумом вільної енергії. Процес переходу металу з рідкого стану в кристалічне можна зобразити кривими в координатах час – температура.
При відповідному зниженні температури в рідкому металі починають утворюватися кристалики – центри чи кристалізації зародки. Для початку їхнього росту необхідне зменшення вільної енергії металу, у противному випадку зародок розчиняється.
Мінімальний розмір здатного до росту зародка називається критичним розміром, а зародок – стійким.