Pluoštiniai lazeriai: dizainas, spindulių kokybė ir privalumai

Perskaitę šį straipsnį, sužinosite apie: - 1. Pluoštinių lazerių dizainą 2. Šviesolaidžių spindulių kokybė 3. Energijos efektyvumas 4. Privalumai 5. Naudojimas.

Pluoštinių lazerių dizainas:

Pluoštiniai lazeriai, kurie neturi būti painiojami su skaiduliniais lazeriais, kuriuose pluoštas yra tik optinis tiekimo mechanizmas, yra kietojo kūno lazeriai, kuriuose optinio stiklo pluoštas, pripildytas nedideliu retųjų žemių elementų kiekiu, yra lazerinė terpė. Lazeriniai diodai naudojami įterpimo terpei siurbti, kad būtų išmetami fotonai, būdingi retųjų žemių elementui, naudojamam kaip dopingo elementui. Ytterbium (Yb) dažniausiai naudojamas didelio galingumo skaiduliniams lazeriams, ir jis spinduliuoja bangų ilgį maždaug tokiu pat būdu, kaip ir Nd: YAG lazeriai, ty nuo 1, 060 iki 1, 085 mikronų.

Įdėtas pluoštas yra įdėtas į žemą lūžio rodiklio medžiagą, kuri veikia kaip bangolaidis siurbiamajai šviesai ir užtikrina jos optimalų perdavimą į lazerinę terpę. Difuzinės grotelės naudojamos kaip galinis veidrodis ir išvesties jungtys, kad suformuotų lazerinį rezonatorių, ty lazerio ertmę.

Dėl to susidaro ilgas plonas lazeris, kuris yra labai kompaktiškas dėl susukto optinio pluošto lankstumo. Atitinkamos šviesos formavimo ir fokusavimo optikos gale galima naudoti lazerinį pluoštą taip pat kaip pluošto tiekimo pluoštą. Tačiau suvirinimui naudojamų lazerių pluošto tiekimo pluošto atjungimas iš lazerinio pluošto yra tinkamas, kad apsaugotų juos nuo nepageidaujamų atspindžių nuo ruošinio paviršiaus.

Šiuo metu komerciškai prieinami iki 700 W vieno režimo pluošto lazeriniai moduliai. Norint pasiekti daugiasluoksnę išėjimo galią, tinkančią metalų giliai įsiskverbimui, šių komerciniu mastu prieinamų vieno režimo vienetų išvestys yra sujungtos į vieno pluošto išėjimą, kaip parodyta 14.44 pav.

Ši pluošto derinimo technika priklauso lazerio gamintojui, tačiau sumažina spindulių kokybę. Tačiau spindulių kokybės mažinimas yra mažas reliatyvumas, o gaunama šviesa vis dar turi savybių, tinkamų perduoti per mažo skersmens optinius pluoštus ir tinkamas naudoti suvirinimui.

Pluošto lazerių spindulių kokybė:

Spindulio kokybė apibrėžiama kaip spindulio pločio ir nukrypimo kampo produkto santykis su tikrosios šviesos spinduliu, kurio tikimasi tobulai spinduliui, kurio plitimo forma yra hiperbola. Kietosios būsenos lazerio, dažnai vadinamo pluošto parametrų gaminiu (BPP), spindulių kokybė paprastai nurodoma mm. miliradianai (mm. m rad.), turintys mažą reikšmę, rodančią aukštą šviesos kokybę.

Spindulio kokybė gali būti išreikšta naudojant visą arba pusę spindulio skersmens ir skirtumo kampus. Tačiau, kaip nurodyta ISO standarte, lazerio pluošto sklidimo pluošto kokybė yra nurodoma pusiau pluošto skersmens ir pusiausvyros kampo prasme.

Aukšta spindulio kokybė reiškia, kad šviesą galima sutelkti į mažo skersmens optinio tiekimo pluoštą. Tai lemia mažesnį minimalų spindulio juosmens skersmenį arba didesnį atstumą. Lazerio galvutė nukreipia pluošto galą į ruošinį. Pirmiausia iš pluošto išeinantis skirtingas lazerio pluoštas kolimizuojamas (ty yra lygiagrečiai), prieš tai sutelkiamas į minimalų liemens skersmenį, kuris taip pat vadinamas lazerio tašku.

Tam tikros išėjimo galios galios tankį lemia kolimacijos ir fokusavimo lęšių židinio nuotolio santykis ir spindulio pluošto skersmens bei lazerio pluošto taško dydžio santykis.

Nuotolinis atstumas, ty atstumas tarp fokusavimo objektyvo ir ruošinio paviršiaus, turi būti pakankamai ilgas, kad suvirinimo proceso purškimas nepažeistų apdorojimo optikos. Kuo didesnis nuotolio atstumas, tuo didesnis taip pat ir fokusavimo gylis, kuris yra matas, kaip spinduliai išlieka per tam tikrą atstumą. Taigi, didesnė spindulio kokybė gali užtikrinti didesnį galios tankį spindulio fokusavimo metu arba didesnį stovėjimo atstumą / didesnį fokusavimo gylį, kurie abu daro įtaką suvirinimo efektyvumui.

Šiuo metu „Yb-fiber“ lazeriu, kurio talpa iki 17 kW, BPP yra apie 12 mm. m rad. yra naudojami pramonėje.

Pluoštinių lazerių galingumas:

Ilga, plona pluošto geometrija leidžia efektyviai vėsinti ir todėl idealiai tinka mažinti lazerio siurbimo šiluminį poveikį. Tai ir natūraliai didelis pluošto lazerio šaltinio prieaugis sukelia didelį energijos konversijos efektyvumą, ty optinio galios, esančios ruošinyje prie suvartotos elektros energijos, santykį, kuris yra nurodytas nuo 20 iki 30%.

Tai yra gerokai didesnė už galios konversijos efektyvumą, esantį atitinkamai apie 8% ir 3% CO ₂ ir lempų siurblių Nd: YAG lazeriams. Dėl to sumažėja galios poreikis tiek lazeriui, tiek ir jo aušinimo sistemai. Atsižvelgiant į tai, gali būti žinoma, kad oro aušinimas yra tinkamas Yb-pluošto lazeriams iki 2 kW, o didesnės galios skaiduliniai lazeriai reikalauja vandens aušinimo.

Pluoštinių lazerių privalumai:

Toliau pateikiami keli pagrindiniai pluošto lazerių privalumai, palyginti su kitomis populiariomis ir gerai žinomomis gamybos pramonės lazerinėmis sistemomis:

1. Kadangi lazerinis pluoštas gali būti suvyniotas ir nereikalaujama didelių dalių, pluošto lazerio pėdsakas (ty reikiama erdvė) yra žymiai mažesnis nei šiuo metu populiarių CO ₂ ir Nd: YAG lazerinių sistemų.

2. Tai paprastas ir kompaktiškas dizainas, todėl jį galima įdiegti per kelias valandas.

3. Didelis patikimumas; ji gali veikti 100 000 valandų prieš lazerinių diodų siurblių techninę priežiūrą / gedimą.

4. Yb-pluošto lazerio kaina / kW yra panaši į lempos šaltinio, kuris yra pumpuojamas iš Nd: YAG.

5. Dėl labai mažo suvirinimo baseino, pagaminto naudojant „Yb“ pluošto lazerio spindulį, pagaminti suvirinimo siūlai yra labai siauri, kurie nėra linkę į centrinės linijos krekingą ar poras.

Pluoštinių lazerių naudojimas:

Visų pirma automobilių pramonė yra pagrindinis lazerio pluošto technologijos, įskaitant „Yb-fiber“ lazerį, vartotojas. Didelio galingumo skaidulinis lazeris taip pat naudojamas visam dujotiekio plienui iki 16 mm storio suvirinimo procesui. Suvirinimo greitis iki 2, 2 m / min. Buvo naudojamas visam 11, 2 mm storio vamzdyno plieno suvirinimui, kai ruošinio galia yra 2 kW.