История электротехники

В СССР плавильные электронно-лучевые печи разработанные ВНИИЭТО, стали внедряться в 70-е годы: в 1977 г. осуществлен пуск в промышленную эксплуатацию ЭЛУ емкостью 1 т на Узбекском комбинате тугоплавких и жаропрочных металлов; в 1980 г. на Новосибирском ЗЭТО изготовлена ЭЛУ для получения слитков массой 30 т.

Для получения порошков тугоплавких металлов (с последующим изготовлением деталей горячим прессованием) методом центробежного распыления вращающейся оплавляемой заготовки в 70-х годах начал использоваться электронно-лучевой нагрев (США, ФРГ, СССР).

Термообработка металлов. Электронно-лучевой нагрев позволяет реализовать технологические процессы поверхностной закалки и оплавления поверхности деталей. Для деталей сложной формы и больших габаритов электронно-лучевая закалка, которая стала применяться в 70-х годах, имеет преимущества по сравнению с индукционной закалкой. Оплавление поверхности деталей позволяет улучшить механические характеристики деталей из сталей, чугунов и алюминия.

С 1961 г. фирма «Темескал» (США) эксплуатирует установку с плосколучевой пушкой для рекристаллизационного отжига металлической ленты в вакууме. Подобную установку разработала также фирма «Дегусса» (ФРГ). Изготовленная в ГДР установка для термообработки ленты была оснащена аксиальной пушкой с системой управления перемещением электронного луча.

Размерная обработка материалов. В 1938 г. электронный луч был использован для получения мельчайших отверстий в металле (использовался электронный микроскоп). С помощью ЭЛУ в обрабатываемом изделии можно получать отверстия заданного диаметра и пазы различной формы и глубины в твердых и тугоплавких материалах. В таких установках используют аксиальные пушки на рабочее напряжение 60–150 кВ. Мощности установок в непрерывном режиме 1 кВт и в импульсном режиме до 15 кВт. В 1953 г. такие установки выпускала фирма ФРГ «Штайгервальд — Штальтехник» для сверления и перфорации металлических листов. Фирма «Роллс-Ройс» (Великобритания) использовала ЭЛУ в производстве газотурбинных двигателей и барабанов центрифуг.

В США в 70-х годах ЭЛУ использовалась для микрообработки полупроводниковых приборов. Промышленные установки для размерной обработки электронным лучом выпускались также в Японии, ГДР и других странах.

В нашей стране в 80-е годы для электроннолучевой обработки выпускались специализированные промышленные установки типов А306 и ЭЛУРО мощностью до 100 кВт, оборудованные системой перемещения заготовки. 

7.1.7. ЛАЗЕРНЫЙ НАГРЕВ

Начальный период. Лазер (сокращение английского Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) создан во второй половине XX в. и нашел определенное применение в электротехнологии.

Идею процесса вынужденного излучения высказал еще А. Эйнштейн в 1916 г. В 40-х годах В.А. Фабрикант (МЭИ) впервые экспериментально подтвердил возможность усиления света и получил диплом СССР на открытие (1951 г.), Н.Г. Басов, A.M. Прохоров, (СССР), Ч.Х. Таунс (США) получили Нобелевскую премию (1964 г.) за работы по квантовой электронике.

Первые лазеры создали:

Т.Х. Майман (США, 1960 г.) — импульсный твердотельный лазер (на рубине);

А. Яван, В.Р Беннет, Д.Р. Херриот (США, 1961 г.) — непрерывно работающий гелиево-неоновый лазер;

Р.Н. Холл, М.Дж. Натан, Т.М. Квист (США, 1962 г.) — лазер на арсениде галлия;

С. Пател (США, 1964 г.) — лазер на углекислом газе.

В 90-х годах известны уже около 200 рабочих тел для получения лазерного излучения, однако для электротехнологии наиболее часто применяют лазеры на углекислом газе, позволяющие получить наибольшие значения мощности и КПД, и твердотельные (рубиновые), имеющие меньшие габариты и удобные в эксплуатации.

Плотность потока энергии в лазерном луче достигает весьма высоких значений (до 1•10¹³ Вт/м²), чем главным образом и определяются технологические возможности лазерного нагрева.

Технологическое применение. Разработки лазерного оружия для «звездных войн» начались в США с начала 60-х годов, когда около 40 фирм получили правительственные заказы. С 1962 г. практически одновременно во всем мире началось технологическое применение лазеров: изготовление мельчайших отверстий, резка, сварка, поверхностная закалка. Фирма «Дженерал электрик» создала установку с использованием рубинового лазера для получения отверстий диаметром 0, 5 мм в алмазе за 0, 2 мс.

Первым процессом, внедренным в промышленность, являлось упрочение картера рулевого управления автомобиля в отделении фирмы «Дженерал моторе» (США) в 1974 г., при этом использовался лазер на углекислом газе мощностью 1 кВт.