Tratament Termic cu Laser

SCURT ISTORIC AL LASERULUI

Desi dezvoltate relativ recent, procedeele de prelucrare cu laser ocupa un loc

important între procedeele industriale de prelucrare, mai ales pentru sudarea metalelor,

parcurgând în mai putin de 30 ani toate etapele de la cercetarea fundamentala la aplicarea

curenta în industrie.

Se considera ca scurta istorie a laserilor începe în anul 1917 când Einstein a

studiat pentru prima data fenomenul emisiei stimulate. În acea vreme, în plin razboi,

nimeni nu se gîndea la faptul ca acest fenomen ar putea avea vreo aplicatie practica. Din

acest punct de vedere, fenomenul emisiei stimulate a fost dat uitarii, trecînd neobservat

pîna în ultimii ani.

În 1953, fizicianul american Charles N. Townes si, independent, fizicienii sovietici

N.G. Basov si A.M. Prohorov au demonstrat ca prin emisie stimulata se poate realiza o

amplificare a microundelor.

În anul 1954, Townes si colaboratorii au construit un dispozitiv care permitea, întradevar,

sa amplifice microudele. Cu ajutorul unui cîmp electric ei au realizat inversiunea

populatiilor a doua nivele energetice ale moleculelor de amoniac. Dirijînd unde ultrascurte

asupra moleculelor, Townes a reusit sa amplifice semnalele electrice foarte slabe, aproape

imperceptibile. În felul acesta se nastea primul amplificator cuantic, maserul. Denumirea

de maser provine de la initialele cuvintelor englezesti: microwave amplification by stimulated

emission of radiation. Ceea ce înseamna, în traducere, amplificarea microundelor prin

emisia stimulata a radiatiei.

Maserii se caracterizeaza, în special, printr-o foarte buna stabilitate a frecventei

tranzitiilor emise. De aceea ei au permis marirea sensibilitatii aparaturii de masura si

control în anumite domenii. Printre altele, maserii se folosesc ca etaloane de timp cunoscute

si sub denumirea de ceasuri atomice sau moleculare.

Continuîndu-si cercetarile, Townes a demonstrat, în 1958, ca nu numai microudele,

ci si undele luminoase pot fi amplificate prin emisie stimulata.

Într-adevar, peste doi ani Maiman construia primul “maser optic”, denumit apoi

laser (“light amplification by stimulated emission of radiation“), cu ajutorul c`ruia a putut

observa fenomenul de amplificare prin emisie stimulat` a radiatiei vizibile (rosii) cu lungimea

de und` de 0,6943m.

La scurt timp dupa inventarea lor, maserii si laserii au cunoscut o rapida dezvoltare

si perfectionare. Prin performantele lor extraordinare, noile dispozitive au largit considerabil

posibilitatile stiintei si tehnicii actuale.

Importanta deosebita acordata maserilor, si, în special, laserilor a fost subliniata,

printre altele, si prin faptul ca, pîna în prezent, în acest domeniu s-au acordat trei Premii

Nobel pentru fizica:

- în 1964, fizicienilor Basov, Prohorov si Townes:

- în 1966, savantului Alfred Kastler;

- în 1971, fizicianului englez Dennis Gabor.

S-au realizat însa si alte dispozitive cuantice asemanatoare laserilor, dar care

functioneaza în alte domenii ale spectrului electromagnetic. Astfel a fost construit graserul,

dispozitiv care emite radiatii gamma, fiind în acelasi timp mult mai puternic decât laserul.

De asemenea, se prevede realizarea unor generatoare cuantice, de putere si mai mare,

care sa emita raze X. Ca si graserii, aceste noi surse de radiatii electromagnetice vor

largi si mai mult sfera aplicatiilor laserilor.

Odata cu dezvoltarea laserilor de putere, la începutul anilor '70, utilizarea acestora

în procesele de taiere a materialelor a cunoscut o aplicabilitate nelimitata. Astazi se

apreciaza ca circa 60 % din utilizarile laserilor în prelucrarea materialelor sunt în domeniul

procesului de taiere, indiferent de gabaritul pieselor de debitat.

În ultimul deceniu procedeele de prelucrare cu laser au cunoscut o dezvoltare

exploziva, existând domenii cum ar fi microelectronica, robotica, obtinerea unor materiale

de superaliere pentru tehnica medicala sau cercetarile cosmice, de neconceput fara

aceste posibilitati.

Totusi, pâna în prezent, aplicarea industriala, comparativ cu procedeele clasice

de prelucrare, este realtiv restrânsa, datorita costurilor ridicate ale instalatiilor. Exista însa

domenii industriale, unde fara instalatii cu laser realizarea produsului ar fi de neconceput.

ghnfdghht

1. PRELUCRABILITATEA CU ENERGII RADIANTE

Prelucrarea moderna a materialelor metalice si nemetalice este strâns legata de

marile descoperiri ale fizicii, în care secolul XX a excelat, fiind aplicatii remarcabile ale

electrotehnicii, electromagnetismului, electronicii si microelectronicii, fizicii atomice si

nucleare, termodina-micii, stiintei materialelor, mecanicii fluidelor, fizicii cuantice etc.

Extinderea considerabila a unor domenii de vârf cum ar fi energetica nucleara,

microelectronica, zborurile cosmice, tehnicile medicale, tehnicile de masurare, a atras

dupa sine aparitia unor materiale si implicit a unor procedee de prelucrare care au creat

mutatii importante în conceptiile de proiectare, respectiv de prelucrare a unor produse si

repere. Nivelul ultraînalt al cercetarii experimentale a marit considerabil performantele

unor unelte relativ noi, utilizate în prelucrarea materialelor, cum ar fi fasciculul de electroni,

radiatia laser, radiatia luminoasa sau plasma termica.