2.4. ábra Alkalmazási területek

Átírás

1 Tanulmányozza a 2.4. ábrát! Vizsgálja meg/gyűjtse ki hegesztésnél alkalmazott lézerek jellemző teljesítmény sűrűségét, fajlagos energiáját és a hatás időtartamát! 2.4. ábra Alkalmazási területek Gyűjtse ki és tanulja meg a CO 2 lézerek jellemzőit, működési elvét! A CO 2 lézerek működése A gázlézerek kis teljesítményeknél ( W) lehetnek zárt csövűek, vagy gázcserélő rendszerűek. A nagy teljesítményű lézerek beindításakor a gázrendszerben először vákuumot kell létrehozni (5-10 mbar), majd ezt követően töltik fel ( mbar nyomásra) lézergázkeverékkel a gázkört. A gázkeverék a rendszerben többnyire keringetett. A gázkeverék a hatékony működésnek megfelelő összetételű. A CO 2 (6%) gázhoz, nitrogént (12%) és héliumot (82%) kevernek. A gázok nagy ( 99,99%-os) tisztaságúak, nedvességmentesek a berendezések üzembiztonsága és élettartama miatt. A CO 2 molekulákat a nitrogén molekulák közvetítésével tartjuk gerjesztett állapotban. A gerjesztett CO 2 molekula magasabb energiaszintje különböző molekuláris rezgések formájában nyilvánul meg. A gerjesztett CO 2 molekula, amikor egy alacsonyabb energia szintre esik vissza, fotont bocsát ki, de még így is kissé nagyobb energiaszinten van, mint alapállapotban. Az újabb sikeres gerjesztés érdekében ezt a többlet energiát is el kell vonni. Erre szolgálnak a hélium atomok, amelyek ütközve a CO 2 molekulákkal, elnyelik a fölösleges energiát, tehát segítik az ürítést. E folyamat közben a gázrendszerben hőenergia képződik, amelyet a stabil működés érdekében el kell vezetni. Ezen kívül a lézer optikai elemein, azok vesztesége miatt, szintén hő fejlődik, ezért, ezeket az elemeket a rezonátor mechanikai része-

2 ivel együtt, a pontos rezonátor méretek tartása miatt, szükséges. Ezt nagy teljesítményű hőcserélő berendezésekkel oldják meg. Gyűjtse ki és tanulja meg a CO 2 lézerek főbb elemeit és típusait! A CO 2 lézerek főbb elemei és típusai A nagyteljesítményű gázlézerek leglényegesebb elemei: a rezonátor, a gázhűtő és a gáz keringető szivattyú. A gáz áramlása szempontjából két fajta rezonátorcső kialakítás szokásos. A hosszáramlású (2.5. ábra), ahol a gáz áramlási iránya megegyezik a lézer optikai tengelyével (axiális), a keresztáramlású (2.6. ábra), ahol a gázáramlás merőleges az optikai tengelyre. Az axiális áramlású lézereket általában 10 kw-ig használják, ezekben a gázáramlás sebessége megközelíti a hangsebességet. A rezonátorokat tovább csoportosíthatjuk stabil és instabil rezonátorokra. az alábbi ábrákon ilyen berendezések elvi felépítése látható. Tanulmányozza a 2.5. és 2.6. ábrákat! Keressen azonosságokat a rendszerekben! 2.5. ábra Hosszáramlású széndioxid lézer felépítése

3 2.6. ábra Keresztáramú széndioxid lézer Gyűjtse ki és tanulja meg a szilárdtest lézerek típusait, jellemzőit, működési elvét! Szilárdtest lézerek A szilárdtest lézerek viszonylag kisméretűek, kompakt kialakításúak. Három fő típusa a használt lézeranyagtól függően: rubin, neodymium üveg, neodymium-ittrium-alumínium-gránát (Nd YAG). A nagyobb termelékenységű megmunkálásokhoz a NdY - AG lézert használják, mert túlmelegedés nélkül lehet hosszú ideig nagy energiával dolgozni. Kimenő névleges teljesítménye néhány kw-ig terjed. Névleges teljesítménye kisebb, mint a C0 2 lézernek, de mivel impulzus üzemben működik, ezért a csúcsteljesítmény túllépheti a 10 kw- ot is. A megmunkálások szempontjából egyik legfontosabb tulajdonsága a lézersugár kimenő hullámhossza (1,06 µm), ennél a hullámhossznál a lézersugár optikai kábelek (üvegszálak) segítségével vezethető. Ezért a sugárvezetés hajlékony vezetővel rugalmasabb, jól robotizálható, automatizálható. A biztonságos munkavégzéshez azonban különleges védőfelszerelés szükséges a rövid hullámhossz miatt. A villanólámpát, médiumot, reflektort és a tükröket együtt rezonátornak hívják. (2.7. ábra) A rezonátor, a tükrök kivételével, a rezonátorház hűtött terében van elhelyezve. A lézerrúd folyamatos hűtésére azért van szükség, hogy elkerüljük a káros deformációkat, és megelőzzük a rúd repedését. A rúd ittrium-alumíniumgránát kristály, amelybe neodymium atomok vannak beépítve, és a gerjesztés számára teljesen átlátszó. A tükrök üvegből készülnek, amelyeket dielektromos réteggel vonnak be. A betáplált áramimpulzusokat a villanólámpa alakítja át fényimpulzusokká. A fényimpulzusok a reflektor segítségével behatolnak a lézerrúdba, és

4 gerjesztik a lézeraktív anyagot. A pulzáló gerjesztés eredményeképpen a lézerfény is pulzálni fog, méghozzá ugyanolyan frekvenciával, mint a gerjesztés. A nagy impulzusteljesítmények elérésére használják a Q- kapcsolót, amely a gerjesztett anyagból a lézerfény kilépését csak megfelelő felpumpálás után teszi lehetővé. A legkorszerűbb Nd:YAG lézerek villanólámpa helyett lézerdiódákkal pumpáltak, ezáltal megnövelt hatásfokkal, biztonsággal és hosszabb élettartammal képesek működni ábra A szilárdtest lézer Az 1. táblázat alapján gyűjtse ki és tanulja meg lézerek fontosabb műszaki paramétereit! A hegesztési szempontból jelentősebb lézerek főbb adatait a 1. táblázat szemlélteti. Lézer típusa Lámpa pumpált Nd:YAG Dióda pumpált Nd:YAG CO 2 Dióda Hullámhossz (nm) Fajlagos méret (cm 3 /W) Hatásfok (%) Abszorpció acélban (%) Abszorpció Alban (%) Karbantartási időköz (h) nincs 1. táblázat Lézerek főbb jellemző adatai

5 Tanulja meg a lézersugár mozgatásának megoldásait! A lézersugár mozgatása A sugár és a munkadarab relatív elmozdulását általában programozható CNC vezérlésű berendezéseken oldják meg. A munkadarabot mozgató rendszerek felépítése a CNC marógépek azon csoportjához hasonló, ahol a maró főorsó helyett a fix helyen kicsatolt lézersugár került elhelyezésre, és a munkadarabot mozgatják. A lemez megmunkálásoknál az un. repülőoptikás rendszerek terjedtek el leggyakrabban (2.8. ábra.) 2.8. ábra A repülő-tükrös CNC gép elve A következő két video megtekintéséhez lépjen vissza és nézze meg!