Lasersvejsning: Princip, egenskaber og sikkerhedsaspekter

Efter at have læst denne artikel vil du lære om: - 1. Introduktion til lasersvejsning 2. Lasersvejsningens princip og mekanisme 3. Ruby Laser Udstyr og opsætning 4. Funktion 5. Procesparametre 6. Svejsegenskaber 7. Svejsearbejde Design 8. Applikationer 9. Varianter 10. Automation 11. Sikkerhedsaspekter.

Introduktion til lasersvejsning:

Laser (lysforstærkning med stimuleret udstråling af stråling) svejsning er måske den sidste tilføjelse til den stadigt voksende familie af svejseprocesser. Laserstrålen er meget retningsbestemt, stærk, monokromatisk (med en bølgelængde) og sammenhængende dvs. alle bølgerne er i fase. En sådan stråle kan fokusere på et meget lille sted, hvilket giver en meget høj energitæthed, som kan nå 10 ⁹ W / mm ² .

Således kan en laserstråle smelte eller fordampe ethvert kendt materiale, ligesom elektronstrålen. Der er tre grundlæggende typer af lasere, nemlig solid state laser, gaslaseren og halvlederlaseren. Typen af ​​laser afhænger af laskekilden.

Solid state laserne anvender krystaller, såsom rubin, safir og nogle kunstigt doterede krystaller såsom neodymdopediske yttriumaluminium granat (Nd-YAG) stænger. Solid state laser var den første succesfulde laser, og det er nemt at forklare mekanismen for lasing ved en sådan laser, for eksempel en rubinlaser.

Princip og mekanisme for lasersvejsning:

Funktionen af ​​en laser er at forstærke lys. Almindeligt lys kan ikke bruges som laserlys, fordi strålingsenergi fra en almindelig lyskilde er usammenhængende og fordelt over et bredt spektralområde, og der findes ikke monokromatiske enkeltfarvekilder. På grund af variantbølgelængder af forskellige farver, der udgør almindeligt lys, er det ikke muligt at samle det til et skarpt fokus uden at ofre intensitet.

Derfor er laser afhængig af strålingsstrålingen, der stimuleres eller induceres af absorptionen af ​​elektromagnetisk energi, eller partikler af energi, der kaldes fotoner, ved atomer. Når denne energi absorberes, øger elektronerne i atomet deres spin og udvider deres kredsløb, der bevirker at atomerne går ind i den ophidsede tilstand.

Denne ophidsede tilstand er kortvarig, og atomet dråber straks tilbage til et mellemniveau eller metastabilitetstilstand. I dette fald taber atomet sin varmeenergi, men bevarer sin foton energi. Kort efter falder atomet spontant og tilfældigt tilbage til jordtilstanden, der frigiver fotononenergien eller kvantenergien i form af lys som vist i figur 14.17. Dette automatiske fald tilbage til det originale energiniveau, uden at blive stimuleret til at gøre det, kaldes spontan emission.

Så længe et atom befinder sig i en ophidset tilstand, kan det induceres eller stimuleres til at udstede en foton ved en hændelsesbølge af ekstern foton, hvis energi er nøjagtigt lig med den af ​​fotonet frigivet af atomet i tilfælde af spontan emission. Dette er det, der kaldes induceret eller stimuleret emission af stråling.

Som et resultat forstærkes indfaldsvinklen af ​​den bølge, der udsendes af det exciterede atom. For at producere en laserstråle er det vigtigt, at den udsendte bølge er nøjagtigt i fase med den bølge, der forårsager den. På denne måde kan lasere konvertere elektrisk lys, termisk eller kemisk energi til monokromatisk, sammenhængende stråling i de ultraviolette, synlige eller infrarøde områder af det elektromagnetiske spektrum.

Blandt de solid state lasere, der anvendes til industrielle formål, er lakematerialet ganske ofte rubin. Ruby er aluminiumoxid, hvor ca. 0-05% er chromatomer. Kromatomerne giver ikke kun aktive ioner til laserhandling, men giver også rubinen sin karakteristiske røde farve. Kromioner udsender rødt lys, når det stimuleres af grønt lys. For at laseraktionen skal finde sted, skal den stimulerede emissionsproces forekomme oftere end den modsatte proces af fotonabsorption. Ifølge kvantteori afhænger sandsynligheden for disse to processer kun af den relative befolkning af det involverede energiniveau som ifølge Boltzmanns forhold.

N ₂ / N ₁ = exp E ₁ - E ₂ / kT ....... (14.3)

hvor,

N ₁ = Antal atomer ved lavere energiniveau E _1,

N ₂ = Antal atomer ved højere energiniveau E _2,

T = absolut temperatur,

k = Boltzmanns konstant.

Laser emission opnås, når det øverste niveau er befolket på bekostning af den nederste. En sådan situation betegnes som populationsinversion, og metoden til at opnå dette kaldes PUMPNING. Solid state lasere pumpes optisk af et flash-rør.

Milliarder af atomer, molekyler eller ioner af det aktive medium absorberer energi, når de pumpes, som de holder for en meget kort men tilfældig levetid, når deres levetid udløber, giver de deres energi i form af en foton hver og vender tilbage til deres tidligere tilstand indtil pumpet igen. De frigivne fotoner rejser i alle retninger i forhold til laserens optiske akse.

Hvis en foton kolliderer med et andet energiatom osv., Får det det til at frigive foton for tidligt, og de to fotoner vil rejse sammen i fase indtil næste kollision. Fotoner, der ikke rejser parallelt med laserens optiske akse, mistes hurtigt fra systemet.

Dem, der bevæger sig parallelt med aksen, har deres længde væsentligt forlænget af den optiske tilbagekobling tilvejebragt af spejlerne, inden de forlader laserhulrummet gennem det delvist transmitterende spejl. Denne handling hjælper med at opnå en stærkt kollimeret sammenhængende lysstråle med det krævede effektniveau.

Beam Power og Mode:

Effektdensiteten over en laserudgangsstråles diameter er ikke ensartet og afhænger af det laseraktive medium, dets indre dimensioner, det optiske tilbagekoblingsdesign og det anvendte excitationssystem. Den tværgående tværsnitsprofil for en laserstråle, som viser sin strømfordeling, kaldes den tværgående elektromagnetiske tilstand (TEM). Mange forskellige TEM'er kan designes til og hver type er bedømt af et tal.

Generelt er jo højere antallet, desto sværere er det at fokusere laserstrålen til et fint sted for at opnå en høj effektdensitet, hvilket er meget vigtigt, når laser svejses. Lasere med TEM ₀₀, TEM ₁₀, TEM ₁₁, TEM ₁₁ og TEM ₂₀ og kombinationer af disse tilstande anvendes ofte. Fig. 14.17 (A) viser de grundlæggende former for stråleffektprofilerne for disse tilstande. Nogle lasere producerer flere forskellige tilstande, og de kaldes normalt som multi-mode operation.

Ruby Laser Udstyr og opsætning af lasersvejsning:

Ruby-laser udstyr består stort set af et laserhoved og en strømforsyning. Fig. 14.18 viser en skematisk af en sådan laser. Den består af en rubinstang med en diameter på ca. 5-15 mm og en længde på ca. 100 til 200 mm. Diamant og længde af rubinstangen bestemmer effekten af ​​laseremission.

Dens ender er poleret til optiske lejligheder og derefter sølvforbundet for at opnå en 100% reflekterende overflade i den ene ende og 90-98% reflekterende i den anden ende, som giver laserstråleudgangen. Afstanden mellem de to reflekterende ender giver resonanshulrummet ved frekvenser, for hvilket afstanden er et integreret antal af halvbølgelængder.

De reflekterende overflader fremstilles ved hjælp af en af ​​de to typer af belægninger. Én type overtræk fremstilles ved aflejring af et tyndt lag af metal, såsom aluminium, sølv eller guld. En sådan metallisk belægning kan imidlertid blive brændt med brug og derved miste sin reflekterende kvalitet.

En reflekterende belægning med højere ydeevne kan fremstilles ved at belægge enderne af lassemateriale med flere ikke-ledende film, der producerer dielektrisk spejl. Det dielektriske spejl afhænger af interferensen mellem lysbølgerne, som afspejles af de flerlagede film, der hovedsagelig består af sulfider og fluorider.

Den polerede rubinestang er placeret i midten af ​​laserhovedet og er indesluttet i et gennemsigtigt glasrør. Kold nitrogengas cirkuleres over overfladen af ​​rubinstangen og strømmer ud af en returvej uden for glasrøret. Mellem glasrøret og flashrøret er et evakueret dobbeltvægget glasrør for at tilvejebringe et vakuumafskærmning.

Det dobbeltvæggede vakuumrør indeholder flydende nitrogen, der giver en forsyning af kold gas, der tjenes af en isoleret slange til laserhovedet. Vakuumrøret forhindrer varmestrømmen fra blitzrøret til rubinstaven, men lysoverførslen påvirkes ikke meget.

En ydre skal inden i en dobbelt elliptisk reflekterende cylindrisk indkapsling er tilvejebragt for at omslutte hele aggregatet for at give den maksimale mængde lys til rubinestangen som vist i figur 14.19. En suppressor er tilvejebragt for at forhindre bukning mellem Xenon-flashlampen og den ydre skal. Blitzen er mest effektiv, når den er varm. For at holde det varmt og samtidig forhindre vævning på grund af luftfugtighed, cirkuleres varm luft kontinuerligt over flashlampen.

Lasersvejsningsaggregatets strømforsyningssystem består af strømforsyningen til blitzrøret, den magnetventilerede lukker og en lystransformator på en bænk og laserhovedet. Blitzrøret aktiveres med 18 KV forsyning. Blitzrøret kredsløb indeholder justerbare spoler for at variere tidspunktet for udladning, hvilket igen varierer varigheden af ​​lyspulsen, der fyres af blitzrøret.

Til pumpning af en rubinlaser anvendes der sædvanligvis Xenon flash-rør, der består af en pære fremstillet af optisk transparent kvarts, der omslutter to wolframelektroder. Når lampen er slukket, er trykket inde i pæren 10 atmosfære. Strøm til Xenon-lampen leveres af en DC-kilde med en tomgangsspænding på mindst 70 volt og en hængende volt-ampere karakteristik.

Xenon-flashlamperne kan betjenes kontinuerligt i hundredvis af timer med en hastighed på tusindvis af blink per sekund. En intens enkelt flash-kilde kan have en effekt på op til titusindvis højst lysestyrke, og en kort lysbue-lyskilde kan have en flashvarighed på så kort som 1 μsec (en mikrosekund). Ved at operere på denne måde bliver lampen en effektiv indretning til omdannelse af elektrisk energi til lysenergi, som er processen til pumpning af laseren.

Da laserlyset er næsten monokromatisk, i det væsentlige kollimeret og sammenhængende, er det nemt at fokusere det ved hjælp af de almindeligt anvendte optiske enheder som prismer og linser. Strålen er imidlertid også fokuseret på halide linser og et spejlsystem.

Lasere klassificeres som lasere med lav effekt (10 KW).

Betjening af lasersvejsning:

Rubinlaseren pumpes af et Xenon eller et Krypton flash-rør. Når blitzrøret belyser stangen, køres de fleste af kromatomerne til en ophidset tilstand. Laseraktion forekommer i rubinestangen, når godt over halvdelen af ​​chromatomer er blevet pumpet til det høje energiniveau eller den metastabile tilstand, der forårsager inversion af befolkningen. Laser handling begynder, hvis et ophidset atom spontant udsender en foton langs rubinestangens akse.

Denne foton vil stimulere et andet ophidset atom til at udsende et andet (eller induceret) foton. Denne proces fortsætter kumulativt, fordi fotonerne reflekteres fra stangens ender og krydser resonanshulrummet gentagne gange som en bølgefront. Som et resultat af disse multiple refleksioner fra begge ender af rubinstangen er strålekraften bygget op til et enormt niveau.

Hvis intensiteten af ​​lys fra blitzrøret overstiger noget kritisk niveau, finder lasinghandlingen sted, og en stærk stråle fotoner med en bølgelængde på 6943A udledes i løbet af få tusindedele sekunder. Output laserstrålen er meget retningsbestemt, stærk, monokromatisk og sammenhængende.

Energitætheden af ​​en lysstråle ved et objektivs locus er givet ved ligningen:

ρ = E / V ......... .. (144)

hvor,

ρ = energitæthed,

E = stråleenergi,

V = fokusvolumen.

Fokusvolumenet for en laserstråle er meget lille. Derfor kan energidensiteten af ​​en sådan stråle ved fokus være meget høj til 10 ⁷ W / cm ² . Varigheden af ​​en laserpuls er kort, som er i størrelsesordenen ^10-9 sekunder.

Ved lasersvejsning er det vigtigt, at pulser har maksimal varighed og mindste afstand, det vil sige en højpulsrepetitionsfrekvens (PRF). Rubinlasere har dog lav effektivitet, og en stor del af pumpenergien omdannes til varme. Det får rubinestangen til at blive meget varm, og derfor kan blitzrøret ikke fungere korrekt ved høje PRF'er.

Dette nødvendiggør tilbagetrækning af så meget af den varme, der frembringes ved optisk pumpning som muligt; for eksempel til en solid-state laser med en gennemsnitlig 400 W output, skal kølesystemet fjerne ca. 15 KW spildevarme. Således er PRF og effektudgang fra lasere begrænset af deres kølesystemer. Effektiviteten af ​​rubinlasere er meget lav; omkring 0-1%. På trods af denne kendsgerning anvendes rubinlasere i vid udstrækning som svejseværktøjer.

Med eksisterende svejselasere kan PRF'en variere mellem 1 og 100 pr. Minut. Området gennemsyret af en enkelt laserpuls er en brøkdel af en mm. Derfor er sådanne lasere mere populært brugt til kun at lave spotforbindelser.

På grund af deres lave PRF og lave strømforbrug kan laserne endnu ikke slås sammen med EBW-processen, som er i stand til at lave meget smalle og dybe indtrængningssvejsninger i tunge metaller. Laserstrålesvejsning i forhold til elektronstrålesvejsning er imidlertid mere alsidig, fordi det kan svejses metaller i luften, i gasskærm og endda i vakuum. Desuden kan en laserstråle svejses gennem gennemsigtige materialer, fordi de ikke hindrer passagen af ​​laserlys.

Meget af lyset fra en laser passerer gennem rubinestangens sider og bliver ikke en del af laserstrålen. På trods af den resulterende ekstremt lave effektivitet er disse energitab acceptable, fordi det fokuserede lyspunkt fra en laser er millioner gange mere intens end lyset fra flashlampen, som initierer lasinghandlinger, og er infact mange gange mere intens end lyset af den bølgelængde emitteret fra et ækvivalent areal af solens overflade.

Laserlyset, der udledes af rubinestangen, er passende formet og rettet til arbejdet med et optisk system bestående af et prisme, en linse og en tilbehørslins. Flere optiske linser kan medfølger, hvis det ønskes, i det optiske system for at fokusere strålen til et punkt på mellem 0-25 og 0-05 mm i diameter. Energitætheden i det fokuserede punkt er så høj, at ethvert kendt materiale kan smeltes, fordampes eller svejses med en sådan fokuseret laserstråle.

En laserstråle reflekteres eller afbøjes delvist af glatte metalliske overflader, mens en elektronstråle ikke er. Når en væsentlig del af en laserstråle reflekteres, kan den hæmme energioverførsel til emnet. Men når energitætheden af ​​en fokuseret laserstråle overstiger 10 KW / mm2, sker en markant ændring i andelen af ​​energi absorberet af overfladen som vist i figur 14.20.

Når dette tærskelniveau er overskredet, sker en forbedret energioverførsel, og laserstrålen forårsager indtrængning af nøglehullet. Denne forbedring i energioverførsel er forbundet med udviklingen af ​​plasma over arbejdsfladen. Selv om dette er en fordel ved begyndelsen, bliver genereringen af ​​for stort plasma over svejsepuljen i sidste ende en hindring for strålen.

For at fremstille glatte velformede perler er det vigtigt at beskytte svejsepuljen med en vis inaktiv gas, og helium er fundet til at fungere hensigtsmæssigt.

Svejsning med en laserstråle er ikke rigtig praktisk under et effektniveau på 1, 5 kw; mens over dette niveau er den maksimale indtrængningsevne ca. 2 mm / kw.

Processparametre til lasersvejsning:

Valg af procesparametre er baseret på tre faktorer, nemlig:

(i) Antal kondensatorer og den tilsvarende spænding for at opnå ønsket energiindgangsniveau baseret på forholdet,

E = 1 / 2CV ² ......... .. (14-5)

hvor,

C = kapacitans

V = spænding

(iii) Korrekt valg af optik til at styre størrelsen og formen af ​​strålefladen,

(iii) Valg af strålepunktpunkt enten på eller over emneoverfladen.

Antallet af kondensatorer anvendt til opnåelse af det ønskede energiniveau er en kritisk overvejelse. Forøgelse af antallet af kondensatorer i kredsløbet resulterer i længere pulscykeltid med følgelig nedsat effekt af pulsstrålen.

For at opnå en fuld penetration lyd svejsning uden underbud er det ønskeligt at:

(i) Laserstråleffekten skal være tilstrækkelig til at smelte metallet, men ikke høj nok til at fordampe det ved den valgte svejsningshastighed,

(ii) Pulscyklustiden er tilstrækkelig lang til, at varmen kan udføres gennem materialets tykkelse.

En anden faktor er placeringen af ​​bjælkens brændpunkt med hensyn til emnet på overfladen. Maksimal indtrængning sker, når strålen er fokuseret lidt under overfladen. Penetration er mindre, når strålen er fokuseret på overfladen eller dybt inden for emnet. Dybden af ​​penetrationen stiger med stigning i stråleffekten.

Svejsegenskaber til lasersvejsning:

Lasersvejsning er blevet brugt til at fremstille lignende og forskellige metalfuger med stål, kobber, nikkel, rustfrit stål, aluminiumlegeringer, jern-nikkelbasislegeringer, titanium og ildfaste metaller og legeringer.

På grund af meget lav specifik energitilførsel til arbejdet minimeres den varmepåvirkede zone og den termiske skade på materialet ved siden af ​​svejsningen. Rotteporøsitet er blevet observeret i nogle skibsbygningsstål, og dette anses for at være på grund af den utilfredsstillende hastighed til stråleffektforholdet.

Root porøsitet i dobbeltpas svejsninger er forbundet med gasudvikling og utilstrækkelig tid til dens fjernelse. Tilstrækkelig duktilitet er blevet demonstreret ved siden af ​​bøjningstesten i de fleste svejsninger i disse stål. Autogene dybe penetrationslasersvejsninger udviser mekaniske egenskaber, der sammenligner fordelagtigt med konventionel buesvejsning ved anvendelse af fyldstof.

Svejsemetalrensning sker under visse forhold under svejsningen af ​​stål på grund af præferenceabsorption af strålen ved ikke-metalliske indeslutninger i metallet, der resulterer i deres fordampning og fjernelse. Observationen af ​​fusionszone rensning under lasersvejsning af flere forskellige jernbaserede legeringer indikerer, at dette kan være et unikt kendetegn ved dyb penetration, autogen lasersvejsning.

Metallografisk inspektion af stål svejsninger afslørede også et fald i inklusionsindholdet, som anses for at være ansvarlig for stigning i charpy hyldeenergi og relativt grov kornstørrelse og dermed den høje overgangstemperatur.

Af de almindeligt anvendte strukturelle legeringer har aluminiumlegeringer vist sig at være den sværeste for lasersvejsning på grund af deres høje initialreflektivitet og porøsitetsdannelse svarende til den ved buesvejsning.

Undersøgelser af svejsning af korrosionsbestandige stål og titaniumlegeringer har vist, at højkvalitetsledene kan laves på ark 0-1 til 2 mm tykt. Svejsningerne er vakuumtætte og har 90% af styrken af ​​forældremetallet. Svejsningshastigheden anvendt til sådanne svejsninger er 17-25 cm / min.

Svejsede fælles design til lasersvejsning:

Fælles design og fit-up anvendt i lasersvejsning er generelt ligner dem, der anvendes til elektronstrålesvejsning. Imidlertid er også nogle af de fælles konstruktioner anvendt til lasersvejsning af metalplade vist i figur 14.21. Et fælles hul på mere end 3% af materialetykkelsen kan normalt resultere i underfyldninger. Lignende resultater opnås, hvis overdreven energi anvendes til svejsning, hvilket resulterer i drop-through. Underfyldning afhjælpes ved tilsætning af fyldstof under enten primær svejsepassagen eller et kosmetisk andet pass. Fyldstof er undertiden tilsat for at ændre svejsemetalkemien. I et sådant tilfælde kan en firkantet rille med et smalt hul eller en rillespor anvendes til at tilvejebringe den ønskede fyldstofaddition.

Generelt gælder også den veletablerede procedure for svejsepræparat til lasersvejsning. Nedadrettede eller flade svejseposition er foretrukket, selvom udvendig svejsning som vandret, lodret og overliggende svejsninger kan laves under forhold, der ligger godt i nøglehullet svejsemodus.

Anvendelser af lasersvejsning:

Blandt de store fordele ved lasersvejsning er frembringelsen af ​​intens varme, som påvirker et ekstremt lille område, og derfor er energitilførselsbehovet for svejsning lavt. På grund af denne karakteristika ved processen kan den bruges til at svejse forskellige metaller med vidt forskellige fysiske egenskaber. Også metaller med relativt høj elektrisk modstand og komponenter af væsentligt forskellige størrelser og masser kan svejses.

Normalt anvendes ikke fyldstof i lasersvejsningen. Derfor kan enhver komponent i en bestemt position svejses, forudsat at laserstrålen kan fokuseres på det tidspunkt. Svejsninger med høj præcision kan laves selv i en metal tykkelse på en brøkdel af en mm. På grund af meget høje varme- og kølehastigheder i lasersvejsning er kornvækst begrænset såvel som stressaflastning og retning af svejsningen elimineres.

En af applikationerne, der er særligt velegnet til nutidens lasere, er fremstilling af mikroforbindelser. Derfor er lasersvejsning fundet særligt velegnet til radioteknik og elektronik til svejsning af fine ledninger til film på mikrokredsløb, solid state kredsløb og mikromoduler.

Laserstrålen kan svejses de mest forskelligartede komponenter i metal, der anvendes i mikroelektronik, for eksempel kan guld og silicium, guld og germanium, nikkel og tantal, kobber og aluminium svejses med laserstrålesvejsning.

Svejsning af nikkelledninger med en diameter på 0, 5 mm i parallel konfiguration, punktsvejsning af 0, 125 mm tykke nikkelbånd, hermetisk tætning af elektroniske moduler og svejsning af titaniumrør med 0, 25 mm vægtykkelse til 0, 625 mm tykt titanium-disk er nogle specifikke anvendelsesmuligheder om brugen af laserstrålesvejsning.

Varianter af laserstrålesvejsning:

Bortset fra solid state-laserne som rubinlaseren findes der også lasere, hvor lakematerialerne er væsker, såsom opløsninger af neodymoxid, nogle farvestoffer osv. Uorganiske væskelasere er meget tæt på kapaciteter og ydeevne til solid state pulsed lasere, men overstiger dem i form af puls power out-put fordi deres lasing elementer er store i volumen.

Tredje og den mest effektive klasse af lasere er den, hvor lassematerialerne er enkeltkrystaller af halvledere som gallium og indiumarsenid, der tillader cadmium, selen og svovl osv. Halvlederlasere er små i vægt, har lav indgang energi og har en høj effektivitet på op til 70%.

Fjerde og måske den vigtigste klasse af lasere er den der bruger gasser og deres blandinger som hydrogen, nitrogen, argon og kuldioxid. Gaslasere har det bredeste spektrum af stråling og højeste effekt i kontinuerlig bølge (CW) operation i forbindelse med en forholdsvis høj effektivitet på 15 til 25%.

Blandt alle disse varianter anvendes CO ₂ gaslasere og ND: YAG lasere mest muligt til industrielle applikationer, fordi de er i stand til holdbar multikilowatt operation og er derfor de, der diskuteres i detaljer her.

Automatisering i laserstrålesvejsning:

Det menneskelige øje kan bruges til at observere laserstrålen, forudsat at det ligger inden for det synlige område (dvs. bølgelængden mellem 0, 3 og 0, 7 μm) af spektret. Imidlertid er laserlampen, der anvendes til svejsning, oftest usynlig for det menneskelige øje, som det fremgår af figur 14.45, som giver retningslinjer for spektrumplacering af nogle af de mere populære laserstrålebølgelængder. Det er derfor vigtigt at bruge automatisering til effektiv og vellykket anvendelse af laserstråle til svejsning, ellers kan det resultere i uacceptabel kvalitetsfremstilling eller måske endda føre til alvorlige ulykker.

Når der kræves automatisering eller større effektivitet, anvendes laserstrålepositionsdetektorer til at lokalisere og placere laserstrålen. Til dette formål er positionsdetektorer tilgængelige for en eller to dimensional detektion af laserstrålen. Et forenklet diagram af et laserjusteringssystem med en kvadrantdetektor er vist i figur 14.46. Hver kvadrant af detektoren er en separat fotodiode, der producerer et elektrisk udgangssignal, der er proportional med den lyseffekt, den modtager.

Hvis indfaldende laserstråle er centreret på detektoren, modtager hvert segment af kvadrantdetektoren den samme mængde strøm. Når laserstrålen ikke er centreret, vil en eller to kvadranter fra detektoren modtage mere lyskraft. Systemer er designet, som bruger udgangene fra kvadrantdetektorer til at give laserstråleposition i forhold til detektorcentret. Nylige fremskridt inden for computersynssystemer har lavet todimensionale diode array detektor systemer bredt tilgængelige i branchen. For endimensionel centreringsfodringsfotodiode eller lateral effekt kan fotodioder anvendes.

Ved hjælp af en passende positionsdetektor i forbindelse med et automatiseret / robot-system er det muligt at opnå den ønskede kvalitet i svejset fabrikation.

Sikkerhedsaspekter af lasersvejsning:

De normale farer forbundet med laserstrålesvejsning omfatter øjenskader, hudforbrændinger, påvirkning af åndedrætssystemet, elektrisk stød, kemiske farer og farer ved håndtering af kryogene kølemidler.

Laserstråler genererer ikke røntgenstråler under normal drift, men de producerer højt intensitetslys, som kan skade øjets syn eller forårsage alvorlige forbrændinger. Hvis bølgelængden er mellem 0, 4 og 1, 4 μm, fokuserer det menneskelige okulære system den indfaldende stråle med så meget som 10 ⁵ gange på nethinden. Dette bølgelængdeområde kaldes det okulære fokusområde eller retinale fareområde.

Den synlige andel af det okulære fokusområde, hvor øjet registrerer farve, spænder kun fra ca. 0, 4 til 0, 7 μm. Bølgelængder i intervallet 0, 7 til 1, 4 μm detekteres ikke af nethinden, de er usynlige for det okulære system, selvom de kan fokuseres af øjet.

Således, hvis bølgelængden af ​​strålen er i det okulære fokusområde, forekommer øjenskade i retinale væv, fordi meget lille energi absorberes af hornhinden, linsen og vandige væv. Imidlertid absorberes bølgelængder uden for den fokusable region af de ydre komponenter i øjet, hvilket især ødelægger hornhinden.

Det er derfor afgørende at have forudgående kendskab til laserstrålens bølgelængde, og figur 14.45 giver den nødvendige information.

Pas på, at passende glas til det specifikke lasersystem anvendes. Ved længere infrarøde bølgelængder, for eksempel 10, 6 μm bølgelængde af CO ₂ laser, er endog almindeligt glas uigennemsigtigt.

Det er en almindelig praksis at sikre, at arbejdsområder omkring lasere er malet med lyse farver og er stærkt belyst.

Hud absorberer alle laserbølgelængder, men der kræves meget mere energi til hudskade end for øjenskade, og mere energi fra kontinuerlige bølgelaser kræves for skade end fra pulserende lasere. Hvis en laser udsender stråling kontinuerligt i en minimumsperiode på 0, 25 sekunder, betragtes den som en kontinuerlig bølge laser. Excimer og CO ₂ lasere er specielle i deres evne til at beskadige huden. Flammehæmmende langærmet skjorte og handsker giver tilstrækkelig hudbeskyttelse i de fleste tilfælde.

Selv om laserstrålen ikke afbøjes af de elektrostatiske eller elektromagnetiske felter, reflekteres strålen delvist eller afbøjes af glatte metalliske overflader, som kan påvirke øjet eller huden, og laserforbrændinger kan være dybe og meget langsomme til at helbrede.

De fleste af lasersystemerne indebærer brug af højspændingsstrøm med høj strømstyrke, derfor er muligheden for dødelig elektrisk stød nogensinde til stede. Infact, næsten alle alvorlige eller dødelige ulykker med lasere har været at gøre med elforsyningen. Altså aldrig arbejde alene, når du direkte bruger en høj-effekt laser.

Giftige eller fine metaldampe kan dannes under dyb penetration og prøvningssvejsning på plast. Alvorlig plasmagenerering kan producere ozon, hvilket nødvendiggør tilstrækkelig bestemmelse for ventilation og udstødningssystemer.

Afslutningsvis kan man sige, at laser er lige så sikker som ethvert andet høj energi værktøj og skal håndteres korrekt. Det er brugerens ansvar at lære at håndtere det korrekt.