A gázlézerek és szilárdtestlézerek összehasonlítása gázellátási és biztonságtechnikai szempontokból Abaffy Károly 2018.04.26.
Lézer berendezések gázellátása 2
Ipari lézerek típusai Lézer típusa CO 2 lézer Disc lézer Fibre lézer Hullámhossz 10.6 µm (távoli infravörös) 1.03 µm (közeli infravörös) 1.05 1.07 µm (közeli infravörös) Rezonátor gáz He + N 2 + CO 2 vagy NINCS NINCS Kevert gáz (LASERMIX ) Sugárvezetés optikai kábellel NEM lehetséges IGEN IGEN 3
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
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
Megmunkáló fej 6
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
Elnyelődés [%] Lézersugár elnyelődése a hullámhossz függvényében (Megmunkálható anyagok) Ezüst Acél Réz Fe Alumínium Hullámhossz [µm] 8
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
Felület előkészítés hatása az abszorpcióra 10
Oxigénes vágás 11
Gázfogyasztás [m 3 /óra] Oxigén gáz fogyasztás Vastag anyagoknál nincs különbség Lemezvastagság [mm] 12
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
Vágási sebesség Vágási sebesség összehasonlítása Alapanyag típusa és vastagsága Vágási sebesség (mm/perc) CO 2 (3kW) Fiber (3kW) Szénacél 3 mm (O 2 ) 6850 6100 Szénacél 6 mm (O 2 ) 2900 2500 Szénacél 12 mm (O 2 ) 1500 1000 Saválló acél 3 mm (N 2 ) 8600 25000 Saválló acél 6 mm (N 2 ) 1650 2000 Saválló acél 12 mm (N 2 ) 500 300 Alumínium 3 mm (N 2 ) 8100 13500 Alumínium 6 mm (N 2 ) 750 900 Alumínium 12 mm (N 2 ) - 450 14
Gázfogyasztás [m 3 /óra] Nitrogén gáz fogyasztás Szilárdtest lézer vékony lemeznél, lényeges több nitrogén fogyasztás Lemezvastagság [mm] 15
Nitrogénes vágás Sorja 16
Nitrogénes vágás gázigénye anyagvastagság függvényében 17
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 99.996% 99.99% 99.95% 99.9% 18
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 19 1-4 mm 4-20 mm
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
Gázellátási lehetőségek 21
Lasermix rezonátor gázok % CO2 % N2 % He % CO % H2 % O2 % Xe Linde laser premix Air Liquide 90 10 LASERMIX 201 LASAL 39 Spectra Physics, Rofin LASERMIX 216 LASAL 99 Feha, older types, Elcede 90 10 0,4 LASERMIX 299 Bystronic old 6 kw machines 99,6 1.7 23.4 74.9 LASERMIX 302 LASAL P 61 Hankwang 2.5 Mazak Mark 2, Mazak 4kW: Panasonic Type 8, 3.14 31.4 65.4 LASERMIX 312 6 Bystronic Byvention 4.5 13.5 82 LASERMIX 320 LASAL 53 Messer Eurolas, Coherent 5 55 40 LASERMIX 321 LASAL 83 Fanuc C2000E, C4000E, C6000E in Amada, Mazak, LVD 5.5 29 65.5 LASERMIX 322 Trumpf TLF 2-7kW 6 20 74 LASERMIX 323 LASAL 63 Lectra marking laser 100 W 3.4 15.6 81 LASERMIX 324 LASAL P 51 Panasonic, older types, on Mazak, Matsushita 5 40 55 LASERMIX 326 6 18 76 LASERMIX 327 LASAL 54 12 12 76 LASERMIX 328 LASAL 55 Apollo, marking laser 7 28 65 LASERMIX 330 LASAL 70 Trumpf, older models 5 35 60 LASERMIX 331 LASAL 66 Fanuc AF2000iB, AF4000iB, AF6000iB in Amada 5 34 61 LASERMIX 332 Amada Alpa IV NT+2 kw Fanuc 5 25 70 LASERMIX 341 Fanuc 4.5 kw 6 13.5 80.5 LASERMIX 342 4 26 70 LASERMIX 344 LASAL 78 ElEn 5,4 27 67,6 0.0 LASERMIX 362 Bystronic 6kW lasers 5,37 0,21 27 67.6 LASERMIX 462 8 6 Bystronic 6 kw lasers 24/7 operation 4 15 80.8 0.2 LASERMIX 470 LASAL 81 FeHa 15 2 79 4 LASERMIX 471 8 16 74 2 LASERMIX 472 LASAL 102 Cryophysics, Technology Systems, Lumonics 15 5 76 4 LASERMIX 473 8 8 82 2 LASERMIX 475 LASAL 101 Cryophysics, Technology Systems 9 18 69 4 LASERMIX 476 8 16 72 4 LASERMIX 477 LASAL 114 Lumonics, older types 3.5 7 87.5 2 LASERMIX 480 8 60 28 4 LASERMIX 483 LASAL 105 Amada with Mitsubishi laser 10 23,7 65,1 1,2 LASERMIX 485 4.75 13 74.5 4.75 3 LASERMIX 515 Trumpf TruCoax 9 12 74,7 4 0,3 LASERMIX 578 9 18 68,7 4 0,3 LASERMIX 579 LASAL 152 Alltec I 7.5 15 74.2 LASAL 3 0.25 LASERMIX 581 5 P150 Alltec marking laser 6 12 77.6 4 0.4 LASERMIX 582 LASAL 154 8 16 71,5 4 0,5 LASERMIX 584 LASAL 155 Lumonics: Laser Mark 5 LASERMIX 690 4 19 65 6 3 3 (Rofin DC 0XX) LASAL 201 Rofin Slab 2 13 85 * LASAL 97 2 26 71 1 * LASAL 180 3 13 84 * LASAL 92 3 38 59 * LASAL 72 3.5 16.3 80.5 * LASAL 85 4 12 84 * LASAL 77 4 20 76 * LASAL 67 4 32 60 2 * LASAL 106 4 40 56 * LASAL 60 4.5 3.5 92 * LASAL 64 4.5 13.5 81.5 0.5 * LASAL 79 4.7 30.6 64.7 * LASAL 80 Rofin Japan 5 12 83 * LASAL 74 5 14 81 * LASAL 73 5 15 80 * LASAL P 73 5 24.2 70.8 * LASAL 61 5 29 66 * LASAL 68 5.5 12.5 82 * 5.6 39 55.4 * LASAL 52 6 6 88 * 6 14 80 * LASAL 62 6 88 6 * LASAL 51 7 14 79 * LASAL 65 7 33 60 * LASAL 98 7.5 7.5 85 * LASAL 57 7.9 15.4 76.7 * LASAL 59 8 8 80 4 * LASAL 113 8 8 84 * LASAL 69 8 13 79 * 8 19 73 * LASAL 58 9 13,5 77,5 * 9 15 76 * LASAL 56 9 22 69 * LASAL 76 9,5 13,5 77 * LASAL 95 10,5 10,5 79 * LASAL 84 16 16 63 5 * LASAL 103 16 16 66 2 * LASAL 104 16 20 64 * LASAL 75 80 20 * LASAL 38 Rofin 96 4 * LASAL 34 % CO 2 % N 2 % He % CO % H 2 % O 2 % Xe Laser Linde laser premix Air Liquide 90 10 LASERMIX 201 LASAL 39 Spectra Physics, Rofin 90 10 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 1.7 23.4 74.9 LASERMIX 302 LASAL P 61 2.5 3.14 31.4 65.46 LASERMIX 312 Bystronic Byvention 4.5 13.5 82 LASERMIX 320 LASAL 53 Messer Eurolas, Coherent 5 55 40 LASERMIX 321 LASAL 83 Fanuc C2000E, C4000E, C6000E in Amada, Mazak, LVD 5.5 29 65.5 LASERMIX 322 Trumpf TLF 2-7kW 6 20 74 LASERMIX 323 LASAL 63 Lectra marking laser 100 W 3.4 15.6 81 LASERMIX 324 LASAL P 51 Panasonic, older types, on Mazak, Matsushita 5 40 55 LASERMIX 326 6 18 76 LASERMIX 327 LASAL 54 12 12 76 LASERMIX 328 LASAL 55 Apollo, marking laser 7 28 65 LASERMIX 330 LASAL 70 Trumpf, older models 5 35 60 LASERMIX 331 LASAL 66 Fanuc AF2000iB, AF4000iB, AF6000iB in Amada Laser 22
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
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
Vételi hely Nagy távolságra vezetett rezonátor gázok esetében javasolt fali vételi hely beépítése 25
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) - 5.0-ás tartályról 26
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
Gázellátás a fogyasztás függvényében 28
Biztonságtechnika 29
Főbb lézerek hullámhosszai 30
Hullámhossz szem kölcsönhatás 31
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
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 0.0 100% 5.0 0.001% 1.0 10% 6.0 0.0001% 2.0 1% 7.0 0.00001% 3.0 0.1% 8.0 0.000001% 4.0 0.01% 9.0 0.0000001%
Védőszemüveg CO 2 lézerhez 34
Védőszemüveg szilárdtest lézerhez 35
Bőrrel való kölcsönhatás 36
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
Expozíció meghatározása 22/2010 EüM rendelet Becslés Számítás Mérés Hullámhossz és kitettségi idő alapján expozíciós határértékek a rendelet alapján 38
Expozíció kezelése Határérték túllépésének veszélye esetén ezt megelőzendő cselekvési tervet kell készíteni és végrehajtani. 39
Köszönöm a figyelmet!