Шапарев А.В. - Обзор лазерной резки металлов. Шапарев - Обзор лазерной резки от 23.09.2016. Содержание анализ и систематизация поставленной задачи

• Название: Содержание анализ и систематизация поставленной задачи
• Анкор: Шапарев А.В. - Обзор лазерной резки металлов
• Дата: 25.02.2023
• Размер: 2.11 Mb.
• Имя файла: Шапарев - Обзор лазерной резки от 23.09.2016.docx
• Тип: Документы; #954941
• страница: 1 из 5

Шапарев А.В. - Обзор лазерной резки металлов

СОДЕРЖАНИЕ

1.1. АНАЛИЗ И СИСТЕМАТИЗАЦИЯ ПОСТАВЛЕННОЙ ЗАДАЧИ

1.1.1 Анализ научно-технической литературы, нормативно-технической документации и других материалов по теме проекта

1.1.1.1 Существующие типы лазеров для резки металлов

СО2-лазеры

В CO₂-лазере лазерное излучение испускается молекулами CO₂. Молекула CO₂ состоит из одного атома углерода и двух атомов кислорода. Они образуют цепочку, в которой атом углерода располагается между атомами кислорода. Когда молекула возбуждается, она начинает совершать колебания. Различные формы колебаний соответствуют различным по величине энергетическим уровням. Процесс формирования излучения в CO₂-лазере происходит с использованием 4-х энергетических уровней. Уровень накачки и верхний лазерный уровень находятся очень близко друг другу.

Однако активная среда лазера состоит не только из CO2. Она представляет собой смесь гелия (He), азота (N₂) и углекислого газа (CO₂). Гелий и азот выполняют роль вспомогательных газов. Они лишь поддерживают процесс непосредственного формирования лазерного излучения в молекулах CO₂.

За счет разряда электротока высокого постоянного или высокочастотного переменного напряжения в газовой смеси образуются свободные электроны, которые, соударяясь с молекулами азота, возбуждают их. Молекулы азота начинают совершать колебания. Соударяясь, они передают свою энергию молекулам CO₂ и переводят их из основного состояния на верхний лазерный уровень, - в колебательное состояние, при котором все три атома молекулы находятся в движении. При переходе на нижний лазерный уровень молекулы CO₂ испускают лазерное излучение с длиной волны 10,6 микрометра.

С него, выделяя тепло, они снова возвращаются в основное состояние. Теперь вступают в действие атомы инертного газа гелия: соударяясь с молекулами CO₂, они ускоряют расселение ниңнего лазерного уровня, поглощают и отводят тепло.

Лазер состоит из следующих узлов:

1. 
   генератор излучения;
   
2. 
   распределительный шкаф;
   
3. 
   холодильный агрегат.
   

В генераторе излучения смесь лазерного газа, проходящая через резонатор, под воздействием высокочастотного разряда приводится в состояние испускания лазерного излучения.

Состав лазера представлен ниже на рис.1.


Рис.1. Лазерный станок TruLaser 3030
Достоинства CO₂-лазера TruFlow (рисунок 1):

1. 
   высокая мощность лазера и ее стабильность;
   
2. 
   высокий КПД;
   
3. 
   оптимальное распределение интенсивности по сечению луча;
   
4. 
   оптимизированный режим ожидания во время проведения наладки и во время ожидания;
   
5. 
   отсутствие износа и необходимости техобслуживания: вал центробежного турбокомпрессора выполнен магнитным, поэтому имеет бесконтактные опоры, не требующие никакой смазки;
   
6. 
   возбуждение активной среды лазеров TruFlow происходит за счет подачи высокочастотного переменного напряжения;
   
7. 
   возбуждение высокой частотой приводит к гомогенизации газового разряда и достижению очень высокого качества излучения;
   
8. 
   для возбуждения лазерного газа требуется меньшее напряжение, чем при подаче энергии от источника постоянного тока. Как следствие: снижение интенсивности разложения CO2 и уменьшение расхода газа;
   
9. 
   так как электроды не имеют непосредственного контакта с активной средой лазера и, следовательно, не подвержены воздействию газового разряда, отпадает проблема их износа. Кроме того, материал электродов не загрязняет резонатор и зеркала. При этом сокращаются затраты на техобслуживание (т.е. простои станка) и расход газа;
   
10. 
    мощность лазера остается на постоянном уровне в течение многих лет, что значительно повышает надежность планирования и калькуляций для пользователя;
    
11. 
    значительно сниженное потребление мощности благодаря оптимированному режиму ожидания;
    

Режущая лазерная головка (рис.3) является основным конструктивным элементом установки. Линза (ZnSe) преломляет параллельные лазерные лучи и собирает их в фокус, в котором излучение достигает максимальной плотности своей энергии. В зависимости от используемого типа линзы фокусное расстояние составляет 130 мм или 250 мм.


Рис.2. Внутренняя головка лазера TruFlow



Рис.3. Режущая головка CO2-лазера TruFlow

Для оптимального результата работы фокус должен быть настроен в определенной точке на поверхности заготовки. Все соединения для питающих шлангов и кабелей были интегрированы в интерфейс.

Таким образом, для автоматического создания всех соединений достаточно установить режущую головку в крепление.

Механизм отклонения посредством системы считывания данных режущей головки, контролируемой датчиками, немедленно останавливает движение в случае столкновения и предотвращает повреждение подключения режущей головки. Режущая головка отклоняется; затем ее снова можно установить в исходное положение вручную. При небольшом столкновении режущая головка автоматически переходит в нужное положение. Затем без необходимости проведения других наладочных работ можно продолжать обработку. Через режущее сопло, которое дополнительно охлаждается очищенным сжатым воздухом, излучение и режущий газ подводятся на заготовку для ее обработки.