«Лучевые технологии
Лучевые технологии
Урок по технологии в 10 классе
В последние десятилетия широкое распространение получили лучевые методы обработки, использующие для воздействия на заготовку лазерный и электронный лучи, которые обеспечивают плотность энергии на несколько порядков выше, чем другие источники.
Большие плотности энергии обеспечиваются при небольшой мощности излучения за счёт фокусировки лучей на малой площади – около 0,1 мм2. поэтому лучевые методы обработки используют для вырезки высокоточных деталей, получения отверстий малого размера, разрезания труднообрабатываемых материалов, точной сварки, упрочнения и легирования поверхностей деталей.
Лазерная обработка
материалов проводится при помощи светового луча, излучаемого оптическим квантовым генератором (лазером), и основана на его термическом действии.
При попадании на поверхность световой луч частично поглощается ею и частично отражается от неё. Поглощение поверхностью энергии приводит к её нагреву, температура в точке приложения луча составляет от 2000 до 6000 С. Такая температура достаточна для расплавления и превращения в пар любого материала.
Температура тем больше, чем большей поглощающей и меньшей отражающей способностью обладает обрабатываемый материал, а также чем меньше его теплопроводность и теплоёмкость.
Электронно-лучевая обработка
использует тепловую энергию, выделившуюся при столкновении быстродвижущихся электронов с обрабатываемых материалов.
При столкновении ускоренного электронного потока с твёрдым телом 90% кинетической энергии электронов переходит в тепловую энергию.
Повышая скорость движения электронов и их кинетическую энергию, а также увеличивая число электронов, движущихся в данном объёме, можно создавать чрезвычайно высокую концентрацию тепловой энергии во времени и пространстве, приводящую к нагреву, плавлению, испарению и тепловому взрыву вещества.
Особенности электронно-лучевой технологии используются при сварке ( электронно-лучевая сварка
) различных материалов: стекла, молибдена, тантала, ниобия, вольфрама, бериллия и др.
Электронно-лучевое резание и прошивка
применяются:
- для изготовления тонких пазов, щелей и прорезей размерами от нескольких десятков микрометров в деталях малой толщины (плёнки, фольги);
- для сверления отверстий малых диаметров
- при разрезании полупроводников и ферритов для производства электронной аппаратуры.
Электронно-лучевая плавка
позволяет производить расплавление любых тугоплавких металлов в вакууме без опасности окисления или загрязнения расплавляемого металла газами и другими примесями. Применяют для получения особо чистых тугоплавких материалов.
Связь технологий с наукой, техникой и производством
Если рассматривать историю человечества с технологических позиций, то можно заметить, что существование человека на протяжении всей истории цивилизации всегда было связано с переработкой сырьевых ресурсов, материалов в различные готовые продукты, которые в той или иной мере должны были удовлетворить физические, духовные или интеллектуальные потребности человека.
Всё это множество преобразований позволило человеку создать особый искусственный мир, который совершенно отличался от естественной природной среды. Люди создали, так называемую, техносферу
.
Техносфера
– это искусственная оболочка Земли, которая воплощает человеческий труд, организованный научно-техническим разумом.
Сегодня можно с уверенностью говорить, что человечество всё дальше и глубже уходит в этот искусственный мир из естественной природной среды. Ведь высокий уровень технологии
и
техники
создаёт хорошие условия для развития культуры и экономики, а также повышает качество жизни людей.
В свою очередь, высокий материальный уровень жизни общества и его культура создают отличные условия для того, чтобы развивалась технологическая среда и двигался вперёд прогресс.
Потребности человека и общества в целом растут огромными темпами, что ведёт к ускорению темпов развития технологического
мира. Уровень развития человеческого общества определяется уровнем развития
технологий
. В свою очередь, развитие т
ехнологий
неразрывно связано с
наукой, техникой и производством
.
Нужно напомнить, что технология
как наука о способах и методах переработки сырья возникла в связи с развитием крупной машинной промышленности. К настоящему времени
технология
промышленного производства закрепила себя уже как самостоятельная отрасль знаний, которая накопила обширный теоретический и практический материал.
Технология
непосредственно воздействует на совершенствование производственных процессов, организацию производства, а также на сокращение тяжёлого и рутинного труда. Главными стимулами развития
технологии
выступают потребности общества.
По мере исторического развития процесса труда происходит обогащение производительных сил новыми моментами и новыми производительными силами. Компоненты производительных сил образуют целостную систему, центром которой является живой труд, а, следовательно, сам человек. Технологические
отношения охватывают отношения между человеком, средствами труда и предметом труда в производственном процессе. В результате мы имеем целую систему взаимодействия, которая выглядит так: «
человек – технологии – техника – наука – производство
».
Система технологических
отношений постоянно развивается, претерпевает значительные изменения в ходе исторического процесса.
Важная роль в жизни общества принадлежит активной производственной технике
и
технологиям
. Нужно напомнить, что
техника
– это совокупность искусственных средств, которые люди используют в своей деятельности.
В процессе производства именно с помощью техники
и
технологий
осуществляется преобразование сырья, материалов, энергии или информации в полезные вещи. На производстве изготавливают строительные материалы и дома, автомобили и самолёты, военную и медицинскую технику, различные гаджеты, пищевые продукты – в общем всё то, в чём нуждаются и чем пользуются люди.
А как вы думаете, смогли бы это всё изготовить, если бы не было различных машин и устройств для обработки или транспортировки сырья и материалов, другими словами, без техники?
Конечно же нет! Но нужно понимать, что вся техника
, какой бы дорогостоящей и инновационной она ни была, без
технологий
– всего лишь груда металлолома.
Техника
является одной из форм реализации научных знаний. Поэтому развитие современной
техники
обусловлено развитием науки.
Кстати, наука
–
это сфера человеческой деятельности, функции которой состоят в выработке, теоретическом обобщении, проверке истинности и изыскания возможностей применимости объективных знаний
.
Следовательно, наука
как одна из форм общественного сознания направлена на получение новых знаний и установление способов их практического применения. Реализация этих способов осуществляется непосредственно через технику. Этим подчёркивается огромное значение
науки
и
техники
в нашей жизни. Но так было не всегда. Зачатки
науки
и
техники
появились ещё в древнем мире, но развивались они обособленно друг от друга. В то время основным способом приобретения новых знаний для человечества служило простое накопление опыта методом экспериментирования, другими словами путём проб и ошибок. Но возрастающая сложность и дороговизна
техники
потребовала отказа от такого метода. Со временем появилась потребность в научном знании. Для нужд производства необходимо было найти ответы на многие вопросы. Например,
– Что произойдёт с материалом, если его нагреть, разрезать или как-нибудь деформировать?
– Что будет, если смешать различные химические вещества?
– Можно ли преобразовать химическую энергию топлива в механическую энергию машин?
– Что происходит в электрической цепи?
Таких производственно-технологических вопросов возникало огромное количество, но благодаря развитию науки на большинство из них были найдены ответы. Все достижения современной техники
основаны на научных открытиях и исследованиях. О тесной связи между
наукой
и
техникой
свидетельствует даже термин «
научно-техническая революция
».
Научно-техническая революция
повысила благосостояние народов, которые в первую очередь воспользовались её результатами. Произошли кардинальные изменения в быту: обычными предметами обихода стали телевизоры, видеотехника, компьютеры, мобильные телефоны. Жизнь стала более удобной и комфортной.
В свою очередь, наука
через
технику
тесным образом связана с производством, что превращает её в непосредственную производительную силу общества. Процесс производства каждого нового продукта, новых технических средств прежде всего начинается в кабинетах учёных и в лабораториях исследователей.
Теперь в производство широко внедряются микроэлектроника, робототехника, гибкие производственные системы, новые материалы с заданными свойствами. В настоящее время особенно высоки темпы развития, характерные для тех направлений науки, где интегрируются достижения различных её отраслей (например, космические исследования, создание новых материалов, новых источников энергии, управление большими системами). Современное производство очень сильно нуждается в научном обеспечении. Ведь, чтобы производимые товары или услуги были конкурентоспособными, в их производство нужно применять эффективные технологии
, основанные на новейших достижениях науки – так называемые наукоёмкие
технологии
. При этом наука всегда должна развиваться с опережением, чтобы обеспечить интенсивный рост и совершенствование производства.
Итоги урока.
Из рассмотренных ранее положений можно сделать вывод о том, что технологии
тесно связаны с
наукой, техникойи производством
. И напоследок хочется сказать, что все люди должны владеть
технологическими знаниями
– знаниями о мире, созданном человеком, уметь действовать в этом мире и предвидеть последствия своих действий. Ведь в современном развитии
технологического
мира каждый из нас принимает прямое и
опосредованное
участие – либо в качестве потребителя, либо через раскрытие новых законов и закономерностей развития общества, природы, либо через экономику, политику, культуру, экологию и так далее.
Использование сварки в промышленности
Применение ЭЛС постоянно расширяется несмотря высокую себестоимость процесса и некоторые ее недостатки. Технология характеризуется показателем КПД почти 95%. Этот показатель больше чем у более распространенной дуговой сварки.
Промышленное применение выражено следующим образом:
- При работе с активными металлами.
- При обработке термоупрачненных металлов.
- Для соединения тугоплавких материалов.
- При работе с камнем и керамикой.
- Для создания ответственных деталей.
Сегодня ЭЛС получила широкое распространение в сфере производства электронных изделий. За счет вакуума можно обеспечить герметизацию микросхем. При этом на поверхность может оказывать воздействие самая различная температура. Производительные установки подходят для работы в сфере авиации. Объем камер может варьировать в большом диапазоне. В заключение отметим, что в последнее время технология активно развивается. Это связано с возможностью получения качественных изделий при небольших затратах.
Достоинства и недостатки электронно лучевой сварки
Как и у многих других технологий, у рассматриваемой также есть достоинства и недостатки. К положительным сторонам можно отнести:
- На поверхность воздействует меньшее количество тепла. Как правило, при дуговой сварке оказывается более высокое тепловое воздействие. За счет этого существенно повышается степень коробления металла. Слишком высокая температура приводит к изменению кристаллической структуры.
- Есть возможность провести обработку керамики и некоторых других трудноплавких металлов. При фокусировании луча можно проводить обработку поверхности диаметром менее одного миллиметра.
- Высокое качество получаемого шва определяет то, что технология может применяться для получения ответственных изделий и декоративных элементов. Сфокусированный луч приводит к дегазации металлического шва, за счет чего повышается степень пластичности и некоторые другие параметры. Провести электронную сварку можно также и коррозионностойких сплавов.
- Применяемое оборудование позволяет проводить регулировку мощности в достаточно большом диапазоне. Поэтому электронно лучевая сварка может использоваться для работы с различными заготовками.
- Можно получить узкий, но глубокий шов. За счет этого существенно повышается прочность соединения.
- При выборе импульсного режима можно исключить вероятность деформации поверхности из-за воздействия высокой температуры.
- Метод может использоваться для термической обработки и перфорации, а также резки металла.
Есть и определенные недостатки. Они следующие:
- Для создания вакуумной среды требуется определенное время. Именно поэтому существенно снижается показатель производительности подобной технологии.
- В корне шва может появится полое отверстие. Именно поэтому следует проводить контроль качества соединения при применении специального оборудования.
Электронно лучевая сварка оправдана в том случае, если нужно провести обработку труднодоступных мест. Экономичность связана с небольшим показателем потребления энергии.
