Конструкция лазерного излучателя

Для генерации лазерного излучения предназначен излучатель с необходимыми оптическими, энергетическими и пространственно-временными параметрами, обеспечивающими требуемые показатели качества и производительности процесса резки.

Лазерный излучатель может иметь широкий диапазон мощности (от нескольких десятков ватт до нескольких киловатт), обеспечивающие эффективную резку металлов с использованием вспомогательного газа, поступающего в зону обработки одновременно с излучением лазера. Лазерное излучение нагревает, плавит и испаряет материал по линии предполагаемого реза, а поток вспомогательного газа удаляет продукты разрушения. Данный способ разделения материалов известен под названием газолазерной резки. Газовый поток не только транспортирует продукты разрушения. При использовании кислорода или воздуха при резке металлов на поверхности разрушения образуется окисная пленка, повышающая поглощательную способность материала, а в результате экзотермической реакции выделяется достаточно большое количество теплоты [12].

При газолазерной резке сталей и ряда других сплавов в качестве вспомогательного газа используется кислород, обеспечивающий выделение на поверхности разрушения в канале дополнительной теплоты экзотермической реакции. Кроме этого, на обрабатываемой поверхности металла появляется окисная пленка, изменяющая тепловую обстановку в канале реза вследствие изменения поглощательной способности материала. Окисная пленка заметно влияет также на гидродинамику течения расплава, так как вязкость окислов существенно превышает соответствующую величину для жидкого металла.

Для повышения качества и одновременно точности изготовления деталей по криволинейному контуру необходимо управлять параметрами режима газолазерной резки металлов.

Для технологических целей в основном используются газовые и твердотельные лазеры, работающие как в импульсно-периодическом, так и в непрерывном режимах. Среди газовых наиболее широко применяются молекулярные лазеры на диоксиде углерода. Следует отметить также возможность применения аргоновых лазеров, генерирующих на длине волны 0,49 и 0,51 мкм, мощность излучения которых в настоящее время доведена до 200 Вт [7,12].

Рис. 1.1 Схема лазерного излучателя

В состав излучателя входит активная среда 1, зеркала резонатора 2, элементы системы накачки 3, а при необходимости устройство модуляции излучения 4.

К качеству излучения при резке металлов предъявляются более высокие требования по сравнению с другими технологическими процессами. Поэтому при выборе типа лазера для резки необходимо учитывать весь комплекс причин, ухудшающих характеристики и стабильность излучения: турбулентность потока, неоднородность разряда, схему разряда, чувствительность элементов конструкции к термодеформациям и т.д. [6]. Концентрация энергии лазерного излучения обеспечивается использованием специальной оптики - одиночной линзы или объектива. Теоретически монохроматическое излучение можно сфокусировать в пятно размером порядка длины волны. Однако дифракционная расходимость приводит к тому, что диаметр пятна фокусировки увеличивается.

При фокусном расстоянии линзы 100 мм диаметр пятна будет составлять около 0,1 мм, что определяет ширину реза (или диаметр отверстия) такого же порядка.

Параметрами электронного луча, измеряемыми в процессе обработки, являются сила тока луча , ускоряющее напряжение , сила тока фокусирующей системы , рабочее расстояние (от центра фокусирующей системы до поверхности свариваемой детали) , скорость перемещения электронного луча .

При заданном рабочем расстоянии , силе тока фокусировки и мощности сварки можно определить диаметр электронного луча и, следовательно, удельную мощность, которая является одним из определяющих параметров процесса: .

Величина не является определяющим параметром, так как при электронно-лучевой обработке в зависимости от удельной мощности при одинаковой погонной энергии можно получить различную конфигурацию зоны обработки.

При воздействии в импульсном режиме средняя мощность (Вт) , где - сила тока импульса, А; - частота следования импульсов, Гц; - длительность импульса, с.

Статья в тему

Электромеханический следящий привод робота
Разработать электромеханический следящий привод «плечевой» степени подвижности двухзвенного плоского манипулятора робота, кинематическая схема которого изображена на рис. 1. Рис 1. Расчётная кинематическая схема манипуляционного механизма. Основные технические требова ...