कार्बन डाइऑक्साइड लेजर का आरेख

यह लेख कार्बन डाइऑक्साइड (CO 2 ) लेजर के योजनाबद्ध आरेख प्रदान करता है।

वेल्डिंग और कटिंग के लिए सबसे उपयोगी औद्योगिक लेजर है सीओ 2 लेजर जिसमें लेज़िंग माध्यम कार्बन डाइऑक्साइड, नाइट्रोजन और हीलियम का मिश्रण होता है, जो 1: 1 के 10 के अनुपात में एक विद्युत के साथ 20-10 टोर्र के दबाव में होता है। 10-30, 000 वोल्ट का निर्वहन।

सीओ 2 लेजर में या तो गैस की एक सील ट्यूब या ट्यूब के भीतर बहने वाली गैस हो सकती है। बहते हुए गैस सिद्धांत से विद्युत उत्पादन में लगभग 3 गुना वृद्धि होती है जो कि सील ट्यूब प्रकार की लेजर सामग्री से होती है। सीओ 2 लेजर स्पंदित या निरंतर तरंग मोड में दोनों को संचालित कर सकता है और इसे कुछ सौ वाट से 20 किलोवाट से अधिक के आउटपुट देने के लिए विकसित किया गया है। उत्पादित लेजर बीम स्पेक्ट्रम के दूर-लाल क्षेत्र में लगभग 10.6 माइक्रोन (106000 in) के तरंग दैर्ध्य पर है।

सीओ 2 लेज़र में गैस का प्रवाह लेज़र बीम की धुरी के साथ हो सकता है या 80 टोर या उससे कम के ऑपरेटिंग दबाव में इसे अनुप्रस्थ कर सकता है, हालांकि वायुमंडलीय दबाव में स्पंदित सीओ 2 लेज़र बीम का उत्पादन किया गया है। गैस के दोनों प्रकार के प्रवाह के साथ पूरी तरह से प्रतिबिंबित दर्पण का उपयोग एक छोर पर किया जाता है और आंशिक रूप से संचारण के लिए, 10.6 माइक्रोन की तरंग दैर्ध्य के लिए, दूसरे छोर पर आउटपुट विंडो के रूप में कार्य करने के लिए। जस्ता सेलेनाइड (ZnSe) जैसे लेपित अर्ध-कंडक्टर सामग्री का उपयोग कई किलोवाट आउटपुट तक सीओ 2 लेज़रों के लिए आउटपुट विंडो के रूप में किया जाता है। हालांकि, ऐसी सामग्री उच्च शक्ति के स्तर पर बाहर जला दी जाती है और इस प्रकार ट्रांसमिशन को सुविधाजनक बनाने के लिए एक कुंडलाकार दर्पण का उपयोग किया जाता है।

150 वाट सीओ 2 लेजर का एक योजनाबद्ध आरेख अंजीर में दिखाया गया है। 14.22।

पूर्व मिश्रित गैसों को लेजर गुहा बनाने वाली ट्यूब में लगातार खिलाया जाता है। निर्वहन ट्यूब पानी ठंडा है और इलेक्ट्रोड के बीच लगभग 10 केवी की एक डीसी क्षमता बनाए रखी जाती है। डिस्चार्ज ट्यूब के प्रत्येक छोर पर एक समायोज्य दर्पण होता है जो ट्यूब के लचीले बेलो से जुड़ा होता है। पाइरेक्स या स्टेनलेस स्टील पर जमा सोने से युक्त एक दर्पण 10-6 माइक्रोन पर पूरी तरह से प्रतिबिंबित होता है, जबकि आउटपुट विंडो बनाने वाले दर्पण में जर्मेनियम सब्सट्रेट पर ढांकता हुआ कोटिंग होता है।

उच्च शक्ति सीओ 2 लेज़रों के लिए डिस्चार्ज ट्यूब में एक समानांतर कॉन्फ़िगरेशन में रखी गई कई नलिकाएँ होती हैं, जो प्रकाश के प्रकाशीय तह को आगे और पीछे के प्रतिबिंबों के माध्यम से व्यवस्थित करती हैं। धीमी अक्षीय प्रवाह लेज़रों का उत्पादन अधिकतम 500 वाट हो सकता है क्योंकि 75 - 90% डिस्चार्ज ऊर्जा गैस में विसर्जित हो जाती है जिसके परिणामस्वरूप उत्पादन में गिरावट के साथ इसकी गर्मी और अपघटन होता है।

उच्च उत्पादन के लिए गैस लेजर ट्यूब के माध्यम से एक उच्च गति पर एक धौंकनी द्वारा संचालित होती है; यह दीवारों को गर्मी के नुकसान को एक नगण्य राशि तक कम कर देता है। जबकि एक धीमी अक्षीय प्रवाह लेजर लेजर गुहा के बारे में 50 - 70 वाट प्रति मीटर वितरित करेगा, तेज अक्षीय प्रवाह लेजर 600 मीटर प्रति मीटर तक उत्पन्न कर सकता है।

गैस लेजर ऑपरेशन:

एक कार्बन डाइऑक्साइड लेजर में सीओ 2 अणु लेज़र गुहा में विद्युत निर्वहन द्वारा कंपन से उत्तेजित होते हैं। इलेक्ट्रिक डिस्चार्ज द्वारा सीओ 2 का प्रत्यक्ष कंपन उत्तेजना अक्षम है। हालांकि, एन 2, डिस्चार्ज और एन 2 अणुओं के कंपन ऊर्जा स्तरों से प्रभावी रूप से ऊर्जा को स्वीकार करता है और उनमें से कुछ सीओ 2 अणु बहुत करीब हैं। यही कारण है कि एन 2 को सीओ 2 में जोड़ा गया है और इस प्रकार सीओ 2 एन 2 के साथ गुंजयमान ऊर्जा विनिमय से उत्साहित है। सीओ 2 के प्रत्यक्ष उत्तेजना की प्रक्रिया की तुलना में यह दो कदम प्रक्रिया बहुत अधिक तेजी से और कुशल है।

ऊपरी कंपन ऊर्जा राज्य से मध्यवर्ती स्तर तक संक्रमण विकिरण स्पेक्ट्रम के इन्फ्रा-रेड ज़ोन में 10-6 माइक्रोन की विशेषता तरंग दैर्ध्य के साथ एक फोटॉन के उत्सर्जन के साथ होता है। मध्यवर्ती ऊर्जा स्तर पर सीओ 2 अणु प्रक्रिया को पूरा करने के लिए जमीनी स्तर पर वापस आना चाहिए।

यह सीओ 2 - एन 2 मिश्रण में हीलियम जोड़कर तेजी से हासिल किया जाता है; क्योंकि सीओ 2 अणुओं के बीच टकराव और वह अवशिष्ट उत्तेजना ऊर्जा के हीलियम में स्थानांतरण के परिणामस्वरूप होता है। यह ऊर्जा तब अपशिष्ट गर्मी के रूप में निकाल दी जाती है। विभिन्न ऊर्जा स्तरों के माध्यम से सीओ 2 और एन 2 के पतन से लेजर उत्सर्जन की प्रक्रिया अंजीर में दिखाया गया है। 14.23।

सॉलिड-स्टेट लेज़रों की तरह, गैस पराबैंगनीकिरण भी आबादी के उलटा की स्थिति को स्थापित करके ही काम कर सकता है जो उच्च वोल्टेज चमक निर्वहन के माध्यम से पूरा होता है। लेकिन ग्लो डिस्चार्ज का परिणाम 300 mA से ऊपर के मौजूदा स्तर पर अस्थिरता के रूप में होता है और अगर ग्लो डिस्चार्ज आर्क डिस्चार्ज में बदल जाता है, तो थर्मोडायनामिक स्थितियां स्थापित हो जाती हैं और लेज़िंग नहीं हो सकता है।

उच्च वोल्टेज पर रेडियो-फ्रीक्वेंसी इलेक्ट्रिक पावर के उपयोग से सहायक आयनियेशन के माध्यम से उच्च शक्ति प्रणालियों में इसे रोका जा सकता है। हालांकि, वर्तमान में उच्च शक्ति सीओ 2 लेज़र केवल सहायक आयनिसिएशन के उपयोग के बिना डीसी इलेक्ट्रिक डिस्चार्ज के साथ काम करते हैं।

20 किलोवाट तक की निरंतर बिजली के सीओ 2 लेज़रों में 10-15% की दक्षता वाले निरंतर उत्पादन को ठंडा किया जाता है; लेजर गुहा से गर्मी को दूर करने के लिए गैसों के तेजी से प्रवाह का उपयोग किया जाता है। ऑपरेटिंग लागत को कम करने के लिए एक गैस-टू-लिक्विड हीट एक्सचेंजर का उपयोग किया जाता है और लेजर गैसों को सिस्टम में फिर से परिचालित किया जाता है जैसा कि अंजीर में सीओ 2 लेजर के लिए दिखाया गया है। 14.24। बिजली के डिस्चार्ज में सीओ 2 और एन 2 के पृथक्करण द्वारा उत्पन्न संदूषकों के निर्माण को रोकने के लिए लेजर गैस मिश्रण की निरंतर मात्रा को हटाने और पुनःपूर्ति की आवश्यकता के कारण केवल थोड़ी मात्रा में गैस का सेवन किया जाता है।

CO 2 लेज़र स्पंदित तरंग (PW) और निरंतर तरंग (CW) मोड दोनों को संचालित कर सकते हैं।

स्पंदित शक्ति:

स्पंदित बीम लेजर के साथ, वेल्ड पैठ को पल्स ऊर्जा और अवधि द्वारा निर्धारित किया जाता है। नाड़ी ऊर्जा और अवधि में वृद्धि के साथ पेनेट्रेशन बढ़ता है। पल्स अवधि काफी लंबी होनी चाहिए ताकि चालन और वांछित गहराई तक पिघल सके। जैसा कि किरण ऊर्जा को नाड़ी ऊर्जा और अवधि द्वारा नियंत्रित किया जाता है, काम की सतह पर ऊर्जा घनत्व को प्रकाशिकी प्रकाशिकी द्वारा नियंत्रित किया जाता है।

पल्स बीम वेल्डिंग में प्रवेश भी भौतिक गुणों द्वारा नियंत्रित होता है। किसी दिए गए पल्स ऊर्जा और अवधि के लिए, थर्मल डिफ्यूसिटी प्रवेश को उच्चतर करती है। उच्च शक्ति लेजर बीम, जो उच्च पल्स ऊर्जा और कम पल्स अवधि के साथ एक बीम है, उच्च तापीय प्रसार के साथ ऐसी सामग्री के लिए उपयुक्त पाया जाता है और कम तापीय विवर्तन सामग्री के लिए रिवर्स सच है।

वर्तमान में पल्सड सॉलिड-स्टेट लेजर के साथ अधिकतम प्रवेश केवल 1-5 मिमी के बारे में है और इस प्रकार इस प्रक्रिया का उपयोग केवल प्रकाश गेज सामग्री के लिए प्रभावी रूप से किया जा सकता है। कम क्षमता वाली स्पंदित लेजर के लिए प्रक्रिया चर के बीच संबंध, जब वेल्डिंग स्टेनलेस स्टील, टाइटेनियम और एल्यूमीनियम के लिए उपयोग किया जाता है, तो चित्र 14.25 में चित्रमय रूप में प्रस्तुत किए जाते हैं।

सीओ 2 लेज़र उपलब्ध हैं जो नाममात्र 500 वाट औसत बिजली इकाई से 2-5 किलोहर्ट्ज़ तक की आवृत्ति पर 3 किलोवाट की नाड़ी चोटियों का उत्पादन कर सकते हैं।

सतत शक्ति:

निरंतर ऊर्जा लेजर बीम गैस लेज़रों से प्राप्त की जाती है। कम शक्ति के ऐसे लेजर का उपयोग पारंपरिक प्रकार के चालन आधारित प्रवेश के लिए किया जा सकता है, जबकि प्रवेश का कीहोल मोड केवल उच्च शक्ति वाले लेजर के साथ प्राप्त किया जा सकता है - 40 सेमी / मिनट से अधिक की वेल्डिंग गति पर। मिश्र धातु इस्पात में लगभग 20 मिमी की पैठ एक 15 किलोवाट निरंतर बीम सीओ 2 लेजर के साथ प्राप्त की जा सकती है। हेवियर वर्गों को दो पासों में वेल्डेड किया जा सकता है, प्रत्येक तरफ से एक।

उच्च शक्ति के लेजर में धातु वाष्प के आयनिकरण की संभावना होती है जो वर्कपीस की सतह के ऊपर प्लाज्मा के गठन का कारण बन सकती है जो लेजर बीम को प्रवेश गहराई में परिणामी कमी के साथ अवशोषित कर सकती है। यह आमतौर पर प्लाज्मा गठन के कारण आयनों को स्वीप करने के लिए मौके पर हीलियम गैस के प्रवाह को बनाने से बचा जाता है।

वेल्डिंग के लिए जिन गैस लेज़रों का उपयोग किया जाता है वे वर्तमान में सभी 10.6 वेवलेंथ सीओ 2 लेज़रों से जुड़ते हैं क्योंकि वे सबसे कुशल साबित हुए हैं और उच्चतम शक्ति का उत्पादन करते हैं। हालांकि एन डी: अपनी विशिष्ट विशेषताओं के साथ YAG लेजर वर्तमान में वेल्डिंग के लिए सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला औद्योगिक लेजर है।