Data: 24.02.1997
|
LABORATORIUM LASEROWYCH TECHNOLOGII METALI |
Ocena: |
Andrzej Wójcik gr. 22M
|
Temat: Budowa obrabiarki laserowej. Przepisy BHP. |
Podpis:
|
.
1 Cel ćwiczernia
Zapoznanie się z budową obrabiarki laserowej oraz z przepisami BHP obowiązującymi w czasie pracy z obrabiarką laserową.
2. Historia LASER-ów.
Słowo LASER wywodzi się z języka angielskiego i znaczy tyle co Light Amplification by Stimulated Emmission of Radiation (wzmacnianie światła przez pobudzanie wysyłania promieniowania). Pierwsze doświadczenia ze zjawiskiem emisji pobudzonej przeprowadzone zostały już w roku 1928, a pierwszy laser na ciało stałe (rubinowy) zbudowany został w 1960. Od tego czasu lasery wkraczają w różne dziedziny naszego życia coraz częściej.
3. Teoria.
Laser jest generatorem spójnego promieniowania elektromagnetycznego(światła) w wyniku emisji wymuszonej. Z punktu widzenia termodynamiki czynnik laserowo czynny (mieszanina gazów, ciało stałe) jest w stanie inwersji obsadzeń poziomów energetycznych z którego następnie przechodzi do stanu podstawowego (równowagowego). Aby nastąpiło przejście lawinowe należy czynnik laserowo czynny umieścić w rezonatorze optycznym (pomiędzy zwierciadłami z których jedno jest zbliżone do doskonałego, a drugie przepuszcza wiązkę częściowo) gdzie wielokrotne odbicie promieniowania od zwierciadeł powoduje iż przechodzi ono przez czynnik laserowo czynny wymuszając coraz większą emisję (wzmocnienie). Proces ten trwa aż do wyczerpania stanów inwersyjnych w czynniku lub do zrównoważenia strat i energii wyprowadzanej przez doprowadzoną z zewnątrz energię pompowania czyli energię pobudzenia stanu inwersyjnego (laser jest w tym przypadku przetwornikiem energii). Dzięki temu że laser jest przetwornikiem energii znalazł on szerokie zastosowanie w obróbce materiałów.
4. Główne typy laserów.
Typ LASER-a |
Czynnik |
Pobudzanie |
Moc / sprawność |
CO2 |
CO2+N2+He (1:2:7) (1016 molekuł CO2/cm3) |
wyładowanie jarzące prądu między elektrodami |
do 80kW / 10% i więcej |
Nd:YAG |
Itr-Aluminium-Granat+1%Nd (1020 jonów/cm3) |
światło ksenonowych lamp wyładowczych |
umiarkowana / 1% |
Ekscymerowy |
He,N2+1-10%(Ar,Kr,Xe)+ +0.2%(F,Cl,Br) |
wyładowanie wysokonapięcio- we, łukowe, promienie X |
2J przy 20kHz / 1% |
5. Obrabiarka laserowa.
Głównymi podzespołami obrabiarki laserowej są:
układ generowania wiązki (laser)
układy prowadzenia wiązki (światłowody)
układy formowania wiązki (lustra i soczewki optyki laserowej)
manipulatory do przedmiotów obrabianych (stół roboczy)
układy pomiarowo - kontrolne
układy regulacji automatycznej (nadążny przesuw głowicy względem przedmiotu)
układy zabezpieczające
układy sprawdzenia i zapewnienia jakości
głowica doprowadzająca wiązkę i potrzebny gaz
układ chłodzenia
Schemat obrabiarki laserowej
1 - LASER; 2 - światłowody; 3 - soczewki i zwierciadła optyki laserowej; 4 - głowica; 5 - stół roboczy; 6 - układ sterowania;
Laboratorium LTM Politechniki Świętokrzyskiej posiada 2 lasery:
TRUMPF 6000 T:
- długość fali - 10.6 nm
- moc maksymalna - 6000 W
- zakres pracy - 300 - 6000 W
- dokładność uzyskania mocy - ± 2 %
- głębokość pracy - do 22 mm
- odchylenie wiązki - <1.5 mrad
- zasilanie - TEM01*
- częstotliwość - 100 Hz - 100 kHz
- czas impulsu - 10 μs - CW
TŁU -1000:
- szybkość pracy - 0.1 - 4 m/min
- częstotliwość - 0.5 - 12.5 1/min
- odchylenie wiązki - ± 0.003 rad
- dokładność pozycjonowania - 0.1 mm/m
- zasilanie:
- napięcie 380 V ( -5% - +10% )
- częstotliwość 50 Hz ± 1Hz
Za pomocą lasera możemy dokonywać takich obróbek jak:
cięcie
spawanie
hartowanie powierzchniowe
LTKM i specjalne techniki laserowe:
- gięcie („na laser” i „od lasera”)
- powlekanie proszkiem metalicznym
- spiekanie proszków
- szybkie prototypowanie
Przepisy BHP w pracowni laserowej
Normy polskie wyróżniają 4 klasy szkodliwości promienia laserowego: 1, 2, 3A i 3B oraz 4:
Lasery klasy 1 i 2 można wykorzystywać w pokazach, projekcjach i widowiskach w nienadzorowanych obszarach.
Lasery 2 i 3A można używać także bez nadzoru jednakże należy stosować zabezpieczenia przed ciągłym patrzeniem bezpośrednio na wiązkę laserową. Maksymalny dopuszczalny czas patrzenia t = 0.25s.
Lasery klasy 3B i 4 należy używać pod ścisłą kontrolą uprawnionych do tego osób. Mogą powodować urazy zarówno od wiązki padającej bezpośrednio jak i od promieniowania wiązki po odbiciach (zwierciadlanych lub rozpraszających). Dlatego też należy wykorzystywać środki ochrony osobistej wraz z osłonami ochronnymi pochłaniającymi promieniowanie laserowe.
Najbardziej narażonymi na działanie promieniowania laserowego częściami ciała człowieka są: skóra i oczy. Szkodliwość promieniowania laserowego na organizm ludzki zależy w głównej mierze od długości fali i tak:
dla oczu:
- λ = ( 400 - 1400) nm - powoduje uszkodzenie siatkówki oka
- 1400 < λ <400 nm - powoduje uszkodzenie soczwki lub rogówki oka
dla skóry:
- w zakresie widzialnym λ = ( 400 - 700 ) nm i podczerwonym zakresie widzialnym λ = ( 700 - 1060 ) nm powoduje powstawanie od łagodnej rumieni do dotkliwych poparzeń.