Opstelling voor laserlassen (met diagram)
Na het lezen van dit artikel leert u over de opstelling voor laserlassen met behulp van diagrammen.
Het woord LASER staat voor 'Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation'. Bij laserlassen botst een geconcentreerde coherente lichtbundel op de gewenste plek om te smelten en het metaal te lassen. Een coherent licht is een licht waarbij de golven identiek en parallel zijn en een lange afstand kunnen overbruggen zonder verlies van intensiteit of afwijking. Laserlicht is niet alleen intens, maar kan ook gemakkelijk worden scherpgesteld zonder dat de intensiteit afneemt. Lasers werden in 1950 geïntroduceerd in de industrie.
Laseractie is gebaseerd op het feit dat wanneer atoom een foton absorbeert (licht bestaat uit deeltjes energie genaamd foton), het energie krijgt en naar een verhoogd energieniveau gaat. Deze aangeslagen toestand van het atoom is van korte duur en daalt tot een gemiddeld niveau van metastabiele toestand. Bij dit terugvallen verliest het atoom zijn warmte-energie, maar behoudt het zijn fotonenergie.
Korte tijd later valt het atoom spontaan terug naar zijn oorspronkelijke of grondniveau en geeft het zijn foton-energie vrij in de vorm van licht. Het verschijnsel van een dergelijke foto-emissie is schematisch weergegeven in figuur 2.44. Laseremissie wordt verkregen wanneer het bovenste niveau voldoende gevuld is ten koste van een lager niveau. Een dergelijke situatie wordt aangeduid als populatie-inversie en de methode voor het verkrijgen ervan wordt 'pompen' genoemd.
De laserelementen kunnen een vaste, vloeibare, gasvormige of halfgeleider zijn. Sommige van de vaste lasermaterialen omvatten robijn, erbium-granaat, neodymium-gedoteerd yttriumaluminium-granaat of YAG. Vaste lasers hebben een zeer laag rendement, normaal minder dan 1%.
Vloeibare lasermaterialen, zoals neodymiumoxide, zijn efficiënter dan vaste laser in hun pulsvermogen.
De voor laserwerking gebruikte gassen omvatten waterstof, helium, stikstof, argon en koolstofdioxide. Gaslasers hebben de hoogste vermogensafgifte en kunnen worden gebruikt als lasers met continue bundel met een rendement zo hoog als 25%.
Solid-state lasermaterialen omvatten enkele kristallen van halfgeleiders zoals gallium en indiumarsenide, legeringen van cadmium, selenium en zwavel. Halfgeleiderlasers hebben een laag gewicht, hebben een laag energieverbruik en hebben een zeer hoog rendement tot 70%.
Voor industrieel gebruik is het vaak gebruikte lasermateriaal robijn. Ruby is aluminiumoxide met chroomatomen in de mate van 0-05% erin. Een praktische vorm van laser kan bestaan uit een staaf van robijn met een diameter van 10 mm en een lengte van 100 mm met nauwkeurig geslepen en gepolijste uiteinden waarvan één 100% en de andere 98% reflecterend.
Dit wordt bereikt door ze dienovereenkomstig te verzilveren. Chromiumionen met het robijnkristal zenden gestimuleerde straling uit en wanneer de intensiteit van straling door herhaalde ontladingen wordt opgebouwd, passeert de laserstraal van monochromatisch licht door minder reflecterend uiteinde van robijn dat door een lens wordt gefocusseerd naar de plek waar het nodig is om te lassen. Fig. 2.45 toont een opstelling van een robijnlaser. De efficiëntie van een robijnlaser is erg laag in de orde van grootte van 01%. Ondanks dat worden robijnlasers veel gebruikt als lasapparaat.
De duur van een laserpuls is kort, zijnde 10-9 seconden. Dit wordt bereikt door een reeks condensatoren via een Xenon-flitsbuis te ontladen. De flitsbuis wordt geactiveerd met een lading van 18 kV. De laserstraal wordt aldus in pulsen verkregen. Het is mogelijk om een groot aantal condensatorenbanken te hebben om de xenonlamp continu te laten flitsen, maar de robijnroede en het reflectiesysteem worden zo verhit dat het niet mogelijk is ze binnen hun werkingsgrenzen te houden.
Zelfs bij de meest efficiënte koeling zijn pulsen van meer dan 100 per minuut moeilijk te verkrijgen. Pulsherhalingsfrequentie (PRF) voor robijnlaser is normaal ongeveer 10-15. Dus de meeste van de pompenergie wordt verspild in de vorm van warmte. Echter, ondanks lage energieoutput is het mogelijk om het te gebruiken voor het lassen, omdat een zeer hoge energieconcentratie in de orde van 10 9 W / mm2 wordt verkregen.
Een xenonbooglamp is een lamp vervaardigd uit een optisch transparant kwarts met daarin twee wolfraamelektroden. In de uit-stand is de xenondruk in de lamp 10 atmosfeer. Vermogen voor xenonlamp wordt geleverd door een gelijkstroombron met een nullastspanning van ten minste 70 volt en een hangende voltampère-karakteristiek. Xenon-booglampen kunnen honderden uren continu worden gebruikt.
De meest bruikbare laser voor lassen is de CO2-laser waarin het lasermedium een mengsel is van CO2, stikstof en helium in de verhouding van 1: 1: 10 bij een druk van 20 tot 50 torr (mm kwik) met een elektrische ontlading van tot 30.000 volt. Een CO 2 -laser kan continu werken met een output van maximaal 20 kW. De laserstraal bestaat uit infraroodstraling met een golflengte van 1, 06 μm oftewel 106, 00A ° (1 Angstrom, A ° = 10-10 m).
Een CO2-laser bestaat uit een glazen buis waarin het lasgasmengsel stroomt. Er is een elektrode aan elk van de twee uiteinden waartussen een hoogspanningsontlading is opgesteld. Net als een solide laser is er aan elk van de uiteinden een reflector - waarvan er een gedeeltelijk reflecterend is. De ruimte tussen de twee reflectoren wordt de laserholte genoemd. De laserstraal die door het halfreflecterende oppervlak wordt uitgezonden, is gericht op de gewenste plek zoals weergegeven in figuur 2.46.
Laserstraallassen is veelzijdiger dan EBW-stralen omdat het metalen in lucht, in een gasafscherming en in een vacuüm kan lassen. Het kan ook lassen door transparante materialen omdat de laserstraal er niet door wordt belemmerd. Op dit moment is laserstraal met succes gebruikt voor het lassen van platen met een dikte tot 10 mm.
Commercieel wordt laserlassen gebruikt in radio-engineering en elektronica, waar fijne draden vaak moeten worden verbonden met films op micro-printplaten, halfgeleidercircuits en micromodules. Een laserstraal kan de meest uiteenlopende combinaties van metalen in micro-elektronica, zoals goud en silicium, germanium en goud, nikkel en tantaal, koper en aluminium, lassen. Het wordt ook verwacht te worden gebruikt in precisiewerk van hoge kwaliteit zoals in de lucht- en ruimtevaartindustrie en massaproductie-toepassingen met hoge snelheid, zoals in de auto-industrie.
Typisch is laserlassen met succes toegepast voor het lassen van concision-bestendige staalsoorten en titaniumlegeringen waarin lasnaden van hoge kwaliteit zijn geproduceerd in platen met een dikte van 0-1 tot 2 mm. De lassen bleken vacuümdicht te zijn en hadden een sterkte van 90% die van het moedermetaal. De lassnelheden tussen 10 en 15 m / uur zijn gebruikt voor laserlassen.
Hoewel laserlassen een hoog potentieel heeft en naar verwachting in de nabije toekomst zal concurreren met EBW, is de momenteel krachtige laser een zeldzaam apparaat en is het extreem duur.
