Opsætning til lasersvejsning (med diagram)

Efter at have læst denne artikel vil du lære om opsætningen til lasersvejsning ved hjælp af diagrammer.

Ordet LASER står for 'Lysforstærkning ved stimuleret udsendelse af stråling'. Ved laser svejsning rammer en koncentreret sammenhængende lysstråle på det ønskede sted for at smelte og svejses metalet. Et sammenhængende lys er et, hvor bølgerne er ens og parallelle og kan rejse langt uden at tabe i intensitet eller afvigelse. Laserlys er ikke kun intens, men kan også let fokuseres uden at mindske intensiteten. Lasere blev introduceret til industrien i 1950'erne.

Laser handling er baseret på det faktum, at når atom absorberer en foton (lys består af partikler af energi kaldet foton), det vinder energi og går til et forhøjet energiniveau. Denne ophidsede tilstand af atomet er kortvarig, og den falder til et mellemliggende niveau af metastabel tilstand. I dette faldende mister atomet sin varmeenergi, men bevarer sin foton energi.

Kort tid efter falder atomen spontant til dets oprindelige eller jordniveau, der frigiver sin foton energi i form af lys. Fænomenet af en sådan fotoemission er vist skematisk i figur 2.44. Laseremission opnås, når det øverste niveau er tilstrækkeligt befolket på bekostning af lavere niveau. En sådan situation betegnes som populationsinversion, og metoden til opnåelse af den kaldes pumpning.

Laseringselementerne kan være faste, flydende, gasformige eller halvleder. Nogle af de faste lassematerialer omfatter rubin, erbium granat, neodym-doteret yttrium aluminium granat eller YAG. Faste lasere har meget lav effektivitet, normalt under 1%.

Flydende lassematerialer, som neodymoxid, er mere effektive end solid laser i deres pulseffekt.

De gasser, der anvendes til lasing, omfatter hydrogen, helium, nitrogen, argon og carbondioxid. Gaslasere har den højeste effektudgang og kan bruges som kontinuerlige strålelasere med effektivitet så højt som 25%.

Solid-state lassematerialer omfatter enkeltkrystaller af halvledere såsom gallium og indiumarsenid, legeringer af cadmium, selen og svovl. Semiconductor lasere er små i vægt, lavt energiforbrug og har meget høj effektivitet op til 70%.

Til industrielt formål er det ofte anvendte lakemateriale rubin. Ruby er aluminiumoxid med chromatomer i omfanget 0-05% i det. En praktisk form for laser kan bestå af en stang af rubin 10 mm diameter og 100 mm lang med præcist jordede og polerede ender, hvoraf den ene er 100% og den anden 98% reflekterende.

Dette opnås ved at sølvge dem i overensstemmelse hermed. Kromioner med rubinkrystal udsender stimuleret stråling, og når strålingsintensiteten opbygges ved gentagne udledninger, passerer laserstrålen af ​​monokromatisk lys gennem mindre reflekterende ende af rubin, der fokuseres gennem en linse til det sted, hvor det er nødvendigt til svejsning. Fig. 2.45 viser et arrangement af en rubinlaser. Effektiviteten af ​​en rubinlaser er meget lav i størrelsesordenen 01%. Til trods for at rubinlaserne er almindeligt anvendt som svejseværktøj.

Varigheden af ​​en laserpuls er kort, idet den er 10 ^-9 sekunder. Dette opnås ved at udlade en bank af kondensatorer gennem et Xenon flash-rør. Blitzrøret aktiveres med 18 kv charge. Laserstrålen opnås således i pulser. Det er muligt at have et stort antal kondensatorer med henblik på at gøre xenonlampen blinkende konstant, men rubinestangen og det reflekterende system bliver så meget opvarmet, at det ikke er muligt at holde dem inden for deres grænser for drift.

Selv med den mest effektive afkøling er pulser mere end 100 per minut vanskelige at opnå. Pulserepetitionsfrekvens (PRF) for rubinlaser er normalt omkring 10-15. Således spildes det meste af pumpeenergien i form af varme. På trods af lav energiproduktion er det dog muligt at anvende det til svejsning, fordi der opnås meget høj energi koncentration i størrelsesordenen 10 ⁹ W / mm ² .

En xenonbue lampe er en pære fremstillet af et optisk transparent kvarts med to wolframelektroder indesluttet i den. I off-position er xenontrykket i lampen 10 atmosfære. Strøm til xenonlampe leveres fra en DC-kilde med en tomgangsspænding på mindst 70 volt og en hængende volt-ampere karakteristik. Xenon lysbue lamper kan betjenes kontinuerligt i hundredvis af timer.

Den mest anvendelige laser til svejsning er CO ₂ -laseren, hvori lassemediet er en blanding af CO ₂, nitrogen og helium i forholdet 1: 1: 10 ved et tryk på 20 til 50 torr (mm kviksølv) med en elektrisk udladning på op til 30.000 volt. En CO ₂ laser kan fungere kontinuerligt med en effekt på op til 20 kw. Laserstrålen består af infrarød stråling med en bølgelængde på 1, 06 μm, dvs. 106, 00A ° (1 Ångstrøm, A ° = 10 ^-10 m).

En CO ₂ -laser består af et glasrør, hvori gasblandingen strømmer. Der er en elektrode ved hver af de to ender, mellem hvilke en højspændingsudladning er oprettet. Som en solid laser er der en reflektor i hver ende, hvoraf den ene delvis reflekterer. Mellemrummet mellem de to reflektorer kaldes laserhulen. Laserstrålen udsendt gennem den halvreflekterende overflade fokuseres til det ønskede sted som vist i figur 2.46.

Laserstrålesvejsning er mere alsidig end EBW-strålen, idet den kan svejses metaller i luft, i gasskærm og i vakuum. Det kan også svejses gennem gennemsigtige materialer, da laserstrålen ikke hindres af dem. I øjeblikket er laserstråle med succes brugt til svejseplade med tykkelse op til 10 mm.

Kommercielt finder lasersvejsning anvendelse inden for radioteknologi og elektronik, hvor fine ledninger ofte skal forbindes til film på mikrokredsløb, solid state kredsløb og mikromoduler. En laserstråle kan svejses mest forskellige kombinationer af metaller, der anvendes i mikroelektronik som guld og silicium, germanium og guld, nikkel og tantal, kobber og aluminium. Det forventes også at blive brugt i højkvalitets præcisionsarbejde som i luftfartsindustrien og højhastighedstog masseproduktionsapplikationer som i bilindustrien.

Typisk er lasersvejsning succesfuldt brugt til svejsning af konkisionsbestandige stål og titaniumlegeringer, hvor svejsninger af høj kvalitet er fremstillet i tykkelse på 0-1 til 2 mm. Svejsningerne viste sig at være vakuumtætte og havde 90% styrke af forældremetallet. Svejsningshastighederne mellem 10 og 15 m / time er blevet anvendt til lasersvejsning.

Selvom lasersvejsning har stort potentiale og forventes at konkurrere med EBW i nær fremtid, men i øjeblikket er højdrevne laser et sjældent udstyr og er ekstremt dyrt.