Dariusz Binkowski	LABORATORIUM LASEROWYCH TECHNOLOGII METALI	Gr. 21 M
Data: 24.02 97	Temat: Przepisy BHP Zapoznanie z budową obrabiarki laserowej.	Ocena i podpis:

1. Historia LASER-a.

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 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.

2. 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.

3. Główne typy laserów.

LASER - CO₂:

- czynnik O - C - O + N - N + He (mieszanina zamknięta 1: 2: 7, 10⁷ molekuł CO₂/ cm³),

- wyładowanie jarzące prądu stałego między elektrodami,

- przetłaczanie mieszaniny w obiegu zamkniętym,

- chłodzenie.

Podstawowym zjawiskiem są drgania atomów w mołekułach dwutlenku węgla (CO₂) i azotu (N₂), w obecności atomów Helu (He). Uderzenie elektronów powoduje pobudzenie molekuł N₂ i częściowo CO₂ do drgań podłużnych.Zderzenia molkuł N₂ z CO₂ przekazuje energię pobudzenia wywołując w CO₂ drgania podłużne asymetryczne: (O<-->C<-->O<-->). Wysyłając foton (długość fali 10000 nm lub 9400 nm) przechodzi CO₂ z poziomu górnego na niższy (drgań symetrycznych lub giętnych). Poziomy niższe CO₂ rozładowują się przez zderzenia z He i chłodzenie, bez wysyłania promieniowania i zostają udostępnione do ponownego pobudzenia przez N₂.Sprawność wynosi 10% i więcej, moc 80 kW, główne narzędzie świetlne.

LASER Nd: YAG:

- Ytrium - Aluminium - Granat + 1% Nd (10²⁰ jonów na cm)(szkło lub kryształ),

- pobudzanie światłem (700-800 nm) ksenonowych lamp wyładowczych (impulsowe błyskowe lub ciągłe łuku elektrycznego),

- wysyła światło 1064 nm,

- kryształ i lampa w dwu ogniskach walca eliptycznego odbijającego promieniowanie,

- pompowanie ponad poziom górny, kilka przejść bezemisyjnych do poziomu laserowego i przejście emisyjne do poziomu dolnego,

- sprawność mała (1%), moce umiarkowane, bardzo dobra automatyzacja.

LASER EKSCYMEROWY:

- EXCited diMER --> EXCIMER (pobudzenie molekuł o dwu atomach),

- ciśnienie 0.1 do 0.45mpa (1 do 4.5 atm),

- mieszanina: He, N₂ + 1 do 10% gaz szlachetny (Ar, Kr, Xe) + 0.2% chlorowce (F, Cl, Br),

- krótkotrwały impuls:10 do 30 ns,

- długość fali 193(Ar+F), 248(Kr+F), 308(Xe+Cl) nm,

- sprawność ok. 1%.

4. Obrabiarka laserowa.

Obrabiarka laserowa składa się z następujących podstałowych podzespołów:

• 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.

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.

5.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 dotkliwych poparzeń.

---