Содержание
Введение
Промышленный технологический быстропроточный лазер ТЛ-5М
Исходные данные для расчета
Расчет удельных параметров ГРК
Расчет уточненного значения приведенной напряженности электрического поля
Заключение
Список использованной литературы
Введение
Области применения лазеров в различных сферах человеческой деятельности ежегодно расширяются, быстро увеличивается число разрабатываемых и производимых типов лазеров разного назначения.
Для успешного применения ТЛ в народном хозяйстве их конструкции и параметры излучения должны удовлетворять, жестким требованиям, обусловленными как потребностями лазерной технологии, так и условиям эксплуатации на предприятии. ТЛ должен быть автоматизирован, безопасен, должен быть оснащен комплектом внешних устройств для использования его излучения.
Важнейшими узлами ТЛ, определяющими его энергетическую эффективность и компактность, являются его устройства накачки, источника питания и оптический резонатор.
Промышленный технологический быстропроточный лазер ТЛ-5М
Технологический быстропроточный СО2 - лазер непрерывного действия ТЛ-1.5(с замкнутой поперечной прокачкой рабочей смеси) предназначен для использования в качестве генератора мощного когерентного инфракрасного излучения в технологических комплексах по лазерной резке, сварке, наплавке, термоупрочнению и поверхносному легированию различных материалов. Широкий диапазон применения позволяет использовать технологический лазер ТЛ-1,5 в составе технологического оборудования на предприятиях различных отраслей промышленности. Лазер предназначен для работы во взрывобезопасных помещениях при отсутствии химически активных газов и паров, агрессивных по отношению к углеродистой стали, сплавам алюминия, изоляции электрических элементов. В деревообрабатывающей промышленности лазер ТЛ-1,5 преимущественно применяется для нанесения графических изображений на материал или их вырезки с высокой точностью.
Лазер ТЛ-,15 предназначен для применения в автоматизированных лазерных технологических комплексах для сварки и резки материалов больших толщин, а также поверхностной термообработки и наплавки.
Рис 1. Общий вид лазера ТЛ - 1,5.
Модель характеризуется следующими конструктивными и технологическими признаками.
. Используется самостоятельный газовый разряд постоянного тока с эквипотенциальным анодом и плоским глубокосекционированным (как поперек, так и вдоль потока газа) катодом. Это позволило обеспечить приемлемый уровень удельного объемного энерговклада (2 Вт/см3) при использовании повышенного давления молекулярной компоненты рабочей смеси.
. Возможно использование безгелиевой рабочей смеси СО2: Na: Н2О или наиболее дешевой смеси воздух: СО2.
. Для прокачки газовой смеси в замкнутом контуре применяется высокооборотный электрокомпрессор осевого типа специальной разработки, в конструкции которого имеется встроенный электродвигатель.
. Используется неустойчивый резонатор, генерирующий одномодовое излучение кольцевого поперечного сечения во всем диапазоне регулирования мощности. Это обеспечивает при коэффициенте качества излучения Kq = 0,2... 0,3 плотность мощности в пятне фокусировки до 107 Вт/см2, что достаточно для эффективной сварки и резки материалов больших толщин.
Конструкция ТЛ-5М (рис. 1, 2) выполнена в виде моноблока для повышения компактности, надежности, удобства в управлении. Верхняя часть лазера - блок 1 генерации луча - представляет собой герметичный газовый контур с разрядной камерой и резонатором, газоводами и теплообменниками. В нижней части лазера расположен блок электропитания 3, в котором размещены: источник питания, блок балластных нагрузок, блок откачки и система управления МП САУ с выносным пультом управления 2. Излучение выводится через выходное окно из монокристалла КСl.
Рис №2 Габаритный чертеж лазера ТЛ - 5М: 1 - блок генерации луча; 2 - выносной пульт управления; 3 - блок электропитания.
Лазер состоит из следующих основных узлов и систем: газоразрядной камеры; оптического резонатора; системы прокачки и охлаждения; системы газообмена; источника питания; МП САУ.
Газоразрядная камера (рис. 3) состоит из анода 3 и катодной платы 2. Размеры разрядной камеры: 100 см (поперек потока), 70 см (вдоль потока) и 6 см - расстояние анод - катод скорость потока на входе в разрядную камеру 100 м/с.
Рис №3. Газоразрядная камера лазера ТЛ - 5М: 1 - предыонизатор; 2 - катодная плата; 3 - анод.
Анод представляет собой медную пластинку с припаянным к ней с обратной стороны змеевиком охлаждения.
Катодная плата состоит из 17 катодных рядов, расположенных поперек потока, которые крепятся к боковым плитам разрядной камеры.
Для обеспечения поджига разряда перед первым по потоку катодным рядом установлен катод предыонизации 1, гальвонически соединенный с анодом.
Оптический резонатор в ТЛ-5М является телескопическим неустойчивым пятипроходным с одним усилительным проходом (рис. 5). Выходное излучение представляет собой кольцо с внешним диаметром 50 мм и внутренним 25 мм. Коэффициент пропускания резонатора 0,74, увеличение 1,96, длина оптической оси 6600 мм.
Рис 5. Оптическая схема резонатора лазера ТЛ - 5М:1 - плоские поворотные зеркала; 2 - выводное зеркало; 3 - выпуклое зеркало; 4 - выходное окно; 5 - ось выходного излучения; 6 - глухое зеркало; 7 - апертурная диафрагма.
Конструкция резонатора представляет собой жесткую пространственную ферму, состоящую из передней и задней плит, стянутых четырьмя штангами из инвара. На плитах в соответствии с оптической схемой закреплены зеркала. Каждое из поворотных зеркал опирается на три юстировочных винта, установленных в плитах резонатора.
Глухое и выпуклое резонаторные зеркала 3, 6 крепятся в отдельных узлах, имеющих дистанционную подъюстировку, осуществляемую с помощью шаговых двигателей ШДА-2ФКА с редукторами.
Зеркала представляют собой диски диаметром 100мм и толщиной 15мм, изготовленные из кремния с защитными и отражающими покрытиями. Охлаждение зеркал осуществляется через тепловой контакт тыльной части зеркала с охладителями, к которым подведена охлаждающая вода.
Резонатор установлен внутри корпуса блока генерации луча на упругих амортизаторах, допускающих регулировку по высоте.
Система прокачки и охлаждения состоит из осевого компрессора ГО1-360, двух теплообменников (до и после разрядной камеры), канала разрядной камеры, конфузора и диффузора, плавно изменяющих сечение газодинамического тракта при переходе от разрядной камеры к теплообменникам. Теплообменники представляют собой пакеты оребренных труб, охлаждаемых проточной водой. Сечение потока на входе в теплообменник 0,6 м2, площадь ребер 36 м2 на каждый теплообменник. Первый теплообменник служит для отбора тепла у потока газа, нагретого в ГРК. Второй теплообменник служит для компенсации разогрева газа вследствие сжатия компрессором, а также как газодинамическое устройство для выравнивания потока на входе в ГРК.
Источник питания состоит из тиристорного регулятора, повышающего трансформатора мощностью 100 кВт, высоковольтного выпрямителя, собранного по схеме Ларионова, и сглаживающего
RС-фильтра. Напряжение источника питания регулируется в диапазоне 1,5... 4 кВ, сила тока, протекающего через ГРК, изменяется при этом от 0 до 25 А. Источник питания подключен к разрядной камере через блок балластных нагрузок, представляющий собой совокупность 289 охлаждаемых резисторов номиналом 5 кОм.
Микропроцессорная система управления (МП САУ) обеспечивает функционирование лазера в целом и выполняет следующие задачи:
. автоматическое включение лазера и вывод его на режим;
.стабилизация давления смеси газов в газодинамическом контуре лазера;
. стабилизация силы тока разряда;
. программное изменение мощности излучения в соответствии с требуемой технологической циклограммой;
. поддержание требуемых динамических характеристик мощности излучения.