Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени академика С.П. КОРОЛЕВА

(национальный исследовательский университет)

Кафедра АСЭУ.

Курсовая работа промышленный технологический быстропроточный лазер тл-1,5

Выполнил: студент гр. 241

Алембеков с.В.

Проверил: профессор

Журавлев О. А.

Самара 2010

Реферат

Пояснительная записка: 15стр., 6рис., 3ист.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ЛАЗЕР, РАБОЧАЯ СМЕСЬ, ИЗЛУЧЕНИЕ, ГАЗОРАЗРЯДНАЯ КАМЕРА, ОПТИЧЕСКИЙ РЕЗОНАТОР, АНОД, КАТОД, РАСХОДИМОСТЬ, МОЩНОСТЬ, ПРИВЕДЕННАЯ НАПРЯЖЕННОСТЬ.

В данной работе представлено описание конструкции лазера ТЛ-1,5.

Приведен расчет приведенной напряженности электрического поля в рабочей камере лазера, определены кинетические параметра плазмы.

Содержание

Введение 4

1.Описание конструкции лазера ТЛ-1,5 5

2.Расчет приведенной напряженности электрического поля в рабочей камере лазера 11

3.Определение кинетических параметров плазмы 13

Заключение 14

Список использованной литературы 15

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 промыщленности. 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 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.

1. 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.

2. Возможно использование безгелиевой рабочей смеси СО₂: N_a: Н₂О или наиболее дешевой смеси воздух: СО₂.

3. Для прокачки газовой смеси в замкнутом контуре применяется вы­сокооборотный электрокомпрессор осевого типа специальной разработки, в конструкции которого имеется встроенный электродвигатель.

4. 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:

1. автоматическое включение лазера и вывод его на режим;

2.стабилизация давления смеси газов в газодинамическом контуре лазера;

3. стабилизация силы тока разряда;

4. программное изменение мощности излучения в соответствии с требуемой технологической циклограммой;

5. поддержание требуемых динамиче­ских характеристик мощности излу­чения.