A gázlézerek és szilárdtestlézerek összehasonlítása gázellátási és biztonságtechnikai szempontokból. Abaffy Károly

Átírás

1 A gázlézerek és szilárdtestlézerek összehasonlítása gázellátási és biztonságtechnikai szempontokból Abaffy Károly

2 Lézer berendezések gázellátása 2

3 Ipari lézerek típusai Lézer típusa CO 2 lézer Disc lézer Fibre lézer Hullámhossz 10.6 µm (távoli infravörös) 1.03 µm (közeli infravörös) µm (közeli infravörös) Rezonátor gáz He + N 2 + CO 2 vagy NINCS NINCS Kevert gáz (LASERMIX ) Sugárvezetés optikai kábellel NEM lehetséges IGEN IGEN 3

4 Hullámhosszból adódó különbségek Lézer típusa CO 2 (10,6 µm) Szilárdtest (~1 µm) Szemvédelem Sugárvezetés módja Tükrök segítségével Optikai kábelen Optikai elemek Speciális (cink szelenid) lencsék Üveg lencsék Megmunkáló gép kialakítása Lineáris és forgató tengelyek Lineáris és forgató tengelyek Ipari robot Fém plazmával való kölcsönhatás Elnyelődik Nincs jelentős kölcsönhatás 4

5 Sugárvezetés különbségei Széndioxid lézer: vízhűtéses vörösréz tükrök segítségével nagy teljesítmény esetén (>=4kW) a sugárvezetés belső öblítésére nagytisztaságú nitrogén gáz használata indokolt, illetve bizonyos gyártóknál előírt Szilárdtest lézerek: Optikai kábelen történő sugárvezetés A sugár a kilépő oldalon az optikai kábel tulajdonságaiból következően elveszíti azt a tulajdonságát, hogy kis divergenciájú, ezért a nyalábot újra párhuzamosítani kell A megmunkálandó anyagról történő reflexiót el kell kerülni az optikai kábel védelme érdekében 5

6 Megmunkáló fej 6

7 Lézersugaras vágás elve Lézersugaras vágás esetében fókuszált sugárral dolgozunk melynek segítségével hőt közlünk a megmunkálandó anyaggal. Oxigén munkagázos vágás: Az alapanyagot a gyulladási hőmérsékletig melegítjük a lézersugár segítségével majd az oxigén munkagáz segítségével elégetjük illetve a keletkező salakanyagot kifújjuk. Nitrogén munkagázos vágás: Az alapanyagot olvadt állapotba hevítjük a lézersugár segítségével majd az olvadékot a nagynyomású nitrogén munkagázzal kifújjuk a vágórésből. Az anyagok megmunkálhatósága erősen függ a lézersugár alapanyagban történő elnyelődésétől. 7

8 Elnyelődés [%] Lézersugár elnyelődése a hullámhossz függvényében (Megmunkálható anyagok) Ezüst Acél Réz Fe Alumínium Hullámhossz [µm] 8

9 Reflexió a szokványos lézer hullámhosszokon Anyag 10,6 μm hullámhosszú sugárzásnál 1,06 μm hullámhosszú sugárzásnál Alumínium 0,98 0,96 Vas 0,96 0,70 Arany 0,99 0,97 Réz 0,99 0,95 Nikkel 0,97 0,74 Ezüst 0,99 0,96 Tantál 0,95 0,85 Titán 0,92 0,58 Cink 0,97 0,84 9

10 Felület előkészítés hatása az abszorpcióra 10

11 Oxigénes vágás 11

12 Gázfogyasztás [m 3 /óra] Oxigén gáz fogyasztás Vastag anyagoknál nincs különbség Lemezvastagság [mm] 12

13 Vágási sebesség [m/perc] Gáz nyomása [bar] Oxigén tisztaságának hatása Gáz tisztaságának hatása a vágási sebességre Gáz tisztaságának hatása a toleranciára Gáz tisztasága [%] Lemez vastagsága [mm] Nagyobb vágási sebesség Nagyobb tisztaság esetén tágabb nyomástartomány 13

14 Vágási sebesség Vágási sebesség összehasonlítása Alapanyag típusa és vastagsága Vágási sebesség (mm/perc) CO 2 (3kW) Fiber (3kW) Szénacél 3 mm (O 2 ) Szénacél 6 mm (O 2 ) Szénacél 12 mm (O 2 ) Saválló acél 3 mm (N 2 ) Saválló acél 6 mm (N 2 ) Saválló acél 12 mm (N 2 ) Alumínium 3 mm (N 2 ) Alumínium 6 mm (N 2 ) Alumínium 12 mm (N 2 )

15 Gázfogyasztás [m 3 /óra] Nitrogén gáz fogyasztás Szilárdtest lézer vékony lemeznél, lényeges több nitrogén fogyasztás Lemezvastagság [mm] 15

16 Nitrogénes vágás Sorja 16

17 Nitrogénes vágás gázigénye anyagvastagság függvényében 17

18 Nitrogén tisztaság Nagyobb tisztaság, magasabb vágási minőség Vékony lemezek vágásánál (<2 mm) 99.95% tisztaság megfelelő lehet néhány felhasználónak Vastag lemezek esetében nagyobb tisztaság szükséges a jó minőséghez % 99.99% 99.95% 99.9% 18

19 Melyik gépet válasszam? (Vágási szempontból) N 2 Szilárdtest lézerek 2-3- szoros sebesség. Minőség közel azonos. Jó vágási minőség csak a CO 2 lézerrel érhető el Vágási sebesség szempontjából azonos teljesítmény O 2 Vágási minőség szempontjából azonos teljesítmény mm 4-20 mm

20 Melyik gépet válasszam? (Vágási szempontból) 1 gép vásárlása esetén CO 2 lézer (vágható anyagok széles palettája) Több gép vásárlása esetén CO 2 lézer és szilárdtest lézer vegyesen (Szilárdtest lézer a vékony lemezekhez és színesfémekhez, CO 2 lézer a vastag anyagokhoz) 20

21 Gázellátási lehetőségek 21

22 Lasermix rezonátor gázok % CO2 % N2 % He % CO % H2 % O2 % Xe Linde laser premix Air Liquide LASERMIX 201 LASAL 39 Spectra Physics, Rofin LASERMIX 216 LASAL 99 Feha, older types, Elcede ,4 LASERMIX 299 Bystronic old 6 kw machines 99, LASERMIX 302 LASAL P 61 Hankwang 2.5 Mazak Mark 2, Mazak 4kW: Panasonic Type 8, LASERMIX Bystronic Byvention LASERMIX 320 LASAL 53 Messer Eurolas, Coherent LASERMIX 321 LASAL 83 Fanuc C2000E, C4000E, C6000E in Amada, Mazak, LVD LASERMIX 322 Trumpf TLF 2-7kW LASERMIX 323 LASAL 63 Lectra marking laser 100 W LASERMIX 324 LASAL P 51 Panasonic, older types, on Mazak, Matsushita LASERMIX LASERMIX 327 LASAL LASERMIX 328 LASAL 55 Apollo, marking laser LASERMIX 330 LASAL 70 Trumpf, older models LASERMIX 331 LASAL 66 Fanuc AF2000iB, AF4000iB, AF6000iB in Amada LASERMIX 332 Amada Alpa IV NT+2 kw Fanuc LASERMIX 341 Fanuc 4.5 kw LASERMIX LASERMIX 344 LASAL 78 ElEn 5, ,6 0.0 LASERMIX 362 Bystronic 6kW lasers 5,37 0, LASERMIX Bystronic 6 kw lasers 24/7 operation LASERMIX 470 LASAL 81 FeHa LASERMIX LASERMIX 472 LASAL 102 Cryophysics, Technology Systems, Lumonics LASERMIX LASERMIX 475 LASAL 101 Cryophysics, Technology Systems LASERMIX LASERMIX 477 LASAL 114 Lumonics, older types LASERMIX LASERMIX 483 LASAL 105 Amada with Mitsubishi laser 10 23,7 65,1 1,2 LASERMIX LASERMIX 515 Trumpf TruCoax ,7 4 0,3 LASERMIX ,7 4 0,3 LASERMIX 579 LASAL 152 Alltec I LASAL LASERMIX P150 Alltec marking laser LASERMIX 582 LASAL ,5 4 0,5 LASERMIX 584 LASAL 155 Lumonics: Laser Mark 5 LASERMIX (Rofin DC 0XX) LASAL 201 Rofin Slab * LASAL * LASAL * LASAL * LASAL * LASAL * LASAL * LASAL * LASAL * LASAL * LASAL * LASAL * LASAL 80 Rofin Japan * LASAL * LASAL * LASAL P * LASAL * LASAL * * LASAL * * LASAL * LASAL * LASAL * LASAL * LASAL * LASAL * LASAL * LASAL * * LASAL ,5 77,5 * * LASAL * LASAL 76 9,5 13,5 77 * LASAL 95 10,5 10,5 79 * LASAL * LASAL * LASAL * LASAL * LASAL 38 Rofin 96 4 * LASAL 34 % CO 2 % N 2 % He % CO % H 2 % O 2 % Xe Laser Linde laser premix Air Liquide LASERMIX 201 LASAL 39 Spectra Physics, Rofin LASERMIX 216 LASAL 99 Feha, older types, Elcede 99,6 0,4 LASERMIX 299 Bystronic old 6 kw machines Mazak Mark 2, Mazak 4kW: Panasonic Type 8, Hankwang LASERMIX 302 LASAL P LASERMIX 312 Bystronic Byvention LASERMIX 320 LASAL 53 Messer Eurolas, Coherent LASERMIX 321 LASAL 83 Fanuc C2000E, C4000E, C6000E in Amada, Mazak, LVD LASERMIX 322 Trumpf TLF 2-7kW LASERMIX 323 LASAL 63 Lectra marking laser 100 W LASERMIX 324 LASAL P 51 Panasonic, older types, on Mazak, Matsushita LASERMIX LASERMIX 327 LASAL LASERMIX 328 LASAL 55 Apollo, marking laser LASERMIX 330 LASAL 70 Trumpf, older models LASERMIX 331 LASAL 66 Fanuc AF2000iB, AF4000iB, AF6000iB in Amada Laser 22

23 Gázellátás (rezonátor gáz) CO 2 lézerek: - CO 2, N 2, He palackok (gázkeverő a lézerberendezésben) - előre elkészített gázkeverék LASERMIX (nincs gázkeverő a lézerberendezésben) Palack reduktoros ellátás nagytisztaságú gázokhoz alkalmazható reduktorral: 23

24 Gázellátás (rezonátor gáz) Fali lefejtő panelek egy palackos ellátás (CO 2, LASERMIX ) kétpalackos ellátás (N 2, He) Szállézer és diszklézer - nincs szükség rezonátor gázra (szilárdtest lézerek) 24

25 Vételi hely Nagy távolságra vezetett rezonátor gázok esetében javasolt fali vételi hely beépítése 25

26 Gázellátás Sugárcsatorna (sugárvezetés) öblítés Célja: - a sugárvezető tükrök védelme a szennyeződésektől - a lézernyaláb védelme Alkalmazott gázok: - sűrített levegő (hűtve szárított, 1µm-es szűrés) - Nitrogén 5.0 (a tartályos munkagáz ellátásról megvalósítható) nagy teljesítményű berendezések esetén (>=4kW) Ellátás jellege: - gáz palackos/palackköteges ellátás (nincs tartály) ás tartályról 26

27 Munkagáz ellátás Oxigén Nitrogén - palackos ellátás - palackköteges ellátás - mobiltartályos ellátás - tartályos ellátás - palackos ellátás - palackköteges ellátás - mobiltartályos ellátás - tartályos ellátás Argon 30 bar nyomás!!! - palackos ellátás - palackköteges ellátás - mobiltartályos ellátás - tartályos ellátás Nem jellemző (elsősorban Titán vágáshoz) 27

28 Gázellátás a fogyasztás függvényében 28

29 Biztonságtechnika 29

30 Főbb lézerek hullámhosszai 30

31 Hullámhossz szem kölcsönhatás 31

32 Védőeszközök CO 2 lézer (10600 nm): Hullámhosszából adódóan plexi lemez megfelelő védelmet nyújt a szórt sugárzással szemben. Direkt sugárzás esetén mivel a plexi elnyeli a lézersugarat egy idő után elpárolog és a védelem megszűnik. Szilárdtest lézerek (1064 nm) A plexi lemez nem ad megfelelő védelmet, a szórt sugár veszteség nélkül áthalad rajta. Speciális polimer lemezek nyújtanak megfelelő védelmet. Biztonság növelése érdekében két réteg, köztük vákuum vagy túlnyomás. Nyomás változás esetén a berendezés leállítja a sugár kicsatolását a rezonátorból. 32

33 Egyéni szemvédelem CO 2 lézer: Egyszerű szemüveg (akár plexi) megfelelő védelmet nyújt a szórt sugárzással szemben. Szilárdtest lézerek: Speciális, minősített védőszemüvegek. A lézer hullámhossza alapján kell Kiválasztani a megfelelőt. 33 OD Transmittance OD Transmittance % % % % 2.0 1% % % % % %

34 Védőszemüveg CO 2 lézerhez 34

35 Védőszemüveg szilárdtest lézerhez 35

36 Bőrrel való kölcsönhatás 36

37 Veszélyeztetettek köre Üzemeltetés Gépkönyv betartása esetén nincsenek kitett személyek Karbantartás Karbantartó személyzet Üzemcsarnokban tartózkodók Szerviz Különleges biztonsági intézkedések (szerviz esetén biztonsági funkciók adott esetben kiiktatásra kerülnek) 37

38 Expozíció meghatározása 22/2010 EüM rendelet Becslés Számítás Mérés Hullámhossz és kitettségi idő alapján expozíciós határértékek a rendelet alapján 38

39 Expozíció kezelése Határérték túllépésének veszélye esetén ezt megelőzendő cselekvési tervet kell készíteni és végrehajtani. 39

40 Köszönöm a figyelmet!