Inställning för lasersvetsning (med diagram)
Efter att ha läst den här artikeln kommer du att lära dig om installationen för lasersvetsning med hjälp av diagram.
Ordet LASER står för "Ljusförstärkning genom stimulerad strålningslösning". Vid lasersvetsning träffar en koncentrerad koherent ljusstråle på önskad plats för att smälta och svetsa metallen. Ett sammanhängande ljus är ett där vågorna är identiska och parallella och kan färdas långt borta utan förlust i intensitet eller avvikelse. Laserljus är inte bara intensiv men kan också lätt fokuseras utan någon minskning av intensiteten. Lasrar introducerades till industrin 1950-talet.
Laserverkan är baserad på det faktum att när en atom absorberar en foton (ljus består av partiklar av energi som kallas foton), blir det energi och går till en förhöjd energinivå. Detta spända tillstånd av atomen är kortlivat och faller till en mellanliggande nivå av metastabilt tillstånd. Vid detta faller atomen sin värmeenergi men behåller sin foton energi.
Kort tid senare faller atomen spontant till sin ursprungliga eller jordnära nivå, som frigör sin foton energi i form av ljus. Fenomenet av sådan fotoemission visas schematiskt i figur 2.44. Laserutsläpp erhålls när den övre nivån är tillräckligt befolkad på bekostnad av lägre nivå. En sådan situation kallas populationsinversion och metoden för att erhålla den kallas pumpning.
Lasselementen kan vara fasta, flytande, gasformiga eller halvledare. Några av de fasta lassmaterialen innefattar rubin, erbium granat, neodymdopad yttrium aluminium granat eller YAG. Fasta lasrar har mycket låg effektivitet, normalt under 1%.
Vätskeformiga lassmaterial, som neodymoxid, är mer effektiva än fast laser i sin pulsffekt.
De gaser som används för lasing innefattar väte, helium, kväve, argon och koldioxid. Gaslasrar har den högsta effektutgången och kan användas som kontinuerliga strålelaser med effektivitet så hög som 25%.
Solid State-lassmaterial inkluderar enkla kristaller av halvledare såsom gallium och indiumarsenid, legeringar av kadmium, selen och svavel. Halvledarlasererna är små i vikt, låga energiförbrukningar och har mycket hög effektivitet upp till 70%.
För industriellt ändamål är det ofta använda lörningsmaterialet rubin. Ruby är aluminiumoxid med kromatomer i utsträckningen av 0-05% i den. En praktisk form av laser kan bestå av en stång av rubin 10 mm diameter och 100 mm lång med noggrant malda och polerade ändar varav en är 100% och den andra 98% reflekterande.
Detta uppnås genom att försäkra dem i enlighet därmed. Kromjoner med rubinkristall avger stimulerad strålning och när strålningsintensiteten bygger upp genom upprepade utlopp passerar laserstrålen av monokromatiskt ljus genom mindre reflekterande änden av rubin som fokuseras genom en lins till den plats där den behövs för svetsning. Fig. 2.45 visar ett arrangemang av en rubinlaser. Effektiviteten hos en rubinlaser är mycket låg i storleksordningen 01%. Trots att rubinlaserna används ofta som svetsverktyg.
Varaktigheten av en laserpuls är kort, som är 10 -9 sekunder. Detta uppnås genom att ladda en kondensatorbank genom ett Xenon-flashrör. Blixtröret aktiveras med 18 kv laddning. Laserstrålen erhålls således i pulser. Det är möjligt att ha ett stort antal kondensatorer, så att xenonlampan blinkar kontinuerligt, men rubinstången och det reflekterande systemet blir så mycket uppvärmda att det inte går att hålla dem inom sina gränser för drift.
Även med effektivaste kylning är det svårt att få pulser över 100 per minut. Pulsrepetitionsfrekvens (PRF) för rubinlaser är normalt ca 10-15. Således slösas det mesta av pumpenergin i form av värme. Trots låg energiproduktion är det emellertid möjligt att använda den för svetsning, eftersom en mycket hög energikoncentration av storleksordningen 10 9 W / mm 2 erhålls.
En xenonbåglampa är en glödlampa tillverkad av en optiskt transparent kvarts med två volframelektroder som är inneslutna i den. I avläge är xenontrycket i lampan 10 atmosfär. Ström för xenonlampa levereras från en DC-källa med en lastspänning på minst 70 volt och en hängande volt-ampere-egenskap. Xenonbåglampor kan användas kontinuerligt i hundratals timmar.
Den mest användbara lasern för svetsning är CO 2 -lasern, i vilken lödmediet är en blandning av CO2, kväve och helium i förhållandet 1: 1: 10 vid ett tryck av 20 till 50 torr (mm kvicksilver) med en elektrisk urladdning upp till 30 000 volt. En CO 2 -laser kan arbeta kontinuerligt med en uteffekt på upp till 20 kw. Laserstrålen består av infraröd strålning med en våglängd på 1, 06 μm, dvs 106, 00A ° (1 Ångström, A ° = 10 -10 m).
En CO 2 -laser består av ett glasrör i vilket gasgasblandningen flyter. Det finns en elektrod vid var och en av de två ändarna mellan vilka en högspänningslösning är inställd. Liksom en solid laser finns en reflektor vid vardera änden, varav den ena delvis reflekterar. Utrymmet mellan de två reflektorerna kallas laserhålan. Laserstrålen som emitteras genom den halvreflekterande ytan fokuseras till önskad punkt såsom visas i figur 2.46.
Laserstrålesvetsning är mer mångsidig än EBW-strålen genom att det kan svetsa metaller i luft, i gassköld och i vakuum. Det kan också svetsas genom transparenta material eftersom laserstrålen inte hindras av dem. För närvarande har laserstråle framgångsrikt använts för svetsplattor med tjocklek upp till 10 mm.
Kommersiellt används lasersvetsning inom radioteknik och elektronik där fina kablar ofta är anslutna till filmer på mikrokretskort, solid state-kretsar och mikromoduler. En laserstråle kan svetsa de flesta olika kombinationer av metaller som används i mikroelektronik som guld och kisel, germanium och guld, nickel och tantal, koppar och aluminium. Det förväntas också användas i högkvalitativt precisionsarbete som inom flygindustrin och höghastighetsmassaproduktionstillämpningar som i bilindustrin.
Typiskt har lasersvetsning framgångsrikt använts för svetsning av konkreta stål och titanlegeringar, i vilka högkvalitativa svetsar har framställts i ark med tjocklek 0-1 till 2 mm. Svetsarna befanns vara vakuumtäta och hade 90% styrka av föräldermetallen. Svetshastigheterna mellan 10 och 15 m / timme har använts för lasersvetsning.
Även lasersvetsning har hög potential och förväntas konkurrera med EBW inom en snar framtid, men för närvarande är högdriven laser en sällsynt utrustning och är extremt dyr.
