फाइबर लेजर: डिजाइन, बीम की गुणवत्ता और लाभ

इस लेख को पढ़ने के बाद आप इस बारे में जानेंगे: - 1. फाइबर लेज़रों का डिज़ाइन 2. फाइबर लेज़रों की बीम की गुणवत्ता 3. शक्ति दक्षता 4. उपयोग 5. उपयोग।

फाइबर लेजर का डिजाइन:

फाइबर लेज़रों, जो कि फाइबर-डिलीवरी लेसरों के साथ भ्रमित नहीं होना चाहिए, जहां फाइबर केवल एक ऑप्टिकल वितरण तंत्र है, ठोस-राज्य लेजर हैं जिसमें एक दुर्लभ पृथ्वी तत्व के निम्न स्तर के साथ डोप किया गया एक ऑप्टिकल ग्लास फाइबर लेज़िंग माध्यम है। डोपिंग तत्व के रूप में उपयोग किए जाने वाले दुर्लभ पृथ्वी तत्व के लिए तरंग दैर्ध्य पर फोटॉनों को उत्सर्जित करने के लिए लेजर डायोड को पंप करने के लिए लेजर डायोड का उपयोग किया जाता है। Ytterbium (Yb) आमतौर पर उच्च शक्ति फाइबर लेज़रों के लिए उपयोग किया जाता है, और यह लगभग उसी तरह की तरंग दैर्ध्य की एक किरण का उत्सर्जन करता है जो एनडी द्वारा किया जाता है: YAG लेज़रों, यानी 1.060 और 1.085 माइक्रोन के बीच।

डोप किए गए फाइबर को कम अपवर्तक-सूचकांक सामग्री में संलग्न किया गया है जो पंपिंग लाइट के लिए एक वेवगाइड के रूप में कार्य करता है और लेज़िंग माध्यम के लिए इसका इष्टतम हस्तांतरण सुनिश्चित करता है। डिसट्रैक्शन झंझरी का उपयोग रियर मिरर और आउटपुट कपलर के रूप में किया जाता है ताकि लेजर अनुनादक यानि लेजर गुहा का निर्माण किया जा सके।

इसके परिणामस्वरूप लंबे पतले लेजर का निर्माण होता है जो कि ऑप्टिकल फाइबर के कुंडलित लचीलेपन के कारण बहुत कॉम्पैक्ट होता है। उपयुक्त किरण को आकार देने और प्रकाशिकी को अपने अंत में केंद्रित करने के साथ, किरण वितरण फाइबर को बीम डिलीवरी फाइबर के रूप में भी उपयोग करना संभव है। हालांकि, लेज़िंग फाइबर से बीम डिलीवरी फाइबर की डिकम्पलिंग को वेल्डिंग के लिए उपयोग किए जाने वाले लेजर के लिए पसंद किया जाता है ताकि उन्हें वर्कपीस की सतह से अवांछित बैक-रिफ्लेक्शन से बचाया जा सके।

वर्तमान में, 700 डब्ल्यू तक एकल-मोड फाइबर लेजर मॉड्यूल व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हैं। धातुओं के गहरे पैठ छेदहोल वेल्डिंग के लिए उपयुक्त मल्टीकिलोवाट आउटपुट पावर प्राप्त करने के लिए, इन व्यावसायिक रूप से उपलब्ध एकल-मोड इकाइयों की एक श्रृंखला से आउटपुट को एकल-फाइबर आउटपुट में जोड़ा जाता है, जैसा कि 7 kW फाइबर लेजर के लिए अंजीर 14.44 में दिखाया गया है।

यह बीम संयोजन तकनीक लेजर निर्माता के लिए स्वामित्व है, लेकिन बीम की गुणवत्ता को कम करती है। हालांकि, बीम की गुणवत्ता में कमी सापेक्षता छोटी है और परिणामस्वरूप किरण अभी भी छोटे व्यास के ऑप्टिकल फाइबर के माध्यम से संचरण के लिए उपयुक्त है और वेल्डिंग में उपयोग के लिए पर्याप्त है।

फाइबर लेज़रों की बीम गुणवत्ता:

बीम की गुणवत्ता को सही बीम के लिए अपेक्षित बीम की चौड़ाई और विचलन कोण उत्पाद के अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है, जिसके लिए प्रसार का आकार एक हाइपरबोला है। एक ठोस राज्य लेजर की किरण गुणवत्ता, जिसे अक्सर बीम पैरामीटर उत्पाद (BPP) के रूप में जाना जाता है, को आमतौर पर मिमी में उद्धृत किया जाता है। एक उच्च बीम गुणवत्ता को इंगित करने वाले कम मूल्य के साथ मिलियार्डियन (मिमी। एम रेड)।

बीम की गुणवत्ता को पूर्ण या आधा बीम व्यास और विचलन कोणों का उपयोग करके व्यक्त किया जा सकता है। हालांकि, लेजर बीम प्रसार बीम की गुणवत्ता के लिए आईएसओ मानक के अनुसार आधा बीम व्यास और आधा विचलन कोण के संदर्भ में उद्धृत किया गया है।

एक उच्च बीम गुणवत्ता का मतलब है कि बीम को एक छोटे व्यास के ऑप्टिकल डिलीवरी फाइबर में केंद्रित किया जा सकता है। यह एक छोटी न्यूनतम बीम कमर व्यास या एक बड़ी स्टैंड-ऑफ दूरी की ओर जाता है। लेज़र हेड वर्कपीस पर फाइबर के अंत को स्थित करता है। फाइबर से निकलने वाली डायवर्जनिंग लेजर बीम को सबसे पहले (यानी समानांतर बनाया जाता है) इससे पहले एक न्यूनतम कमर के व्यास पर फोकस किया जाता है जिसे लेजर स्पॉट भी कहा जाता है।

किसी दिए गए आउटपुट पावर के लिए उपलब्ध शक्ति घनत्व, लेंस के टूटने और फ़ोकस करने की लंबाई और बीम डिलीवरी फाइबर के व्यास और लेजर बीम स्पॉट आकार के बीच के संबंध से निर्धारित होता है।

स्टैंड-ऑफ दूरी, यानी फ़ोकसिंग लेंस और वर्कपीस की सतह के बीच की दूरी, काफी लंबी होनी चाहिए ताकि वेल्डिंग प्रक्रिया से स्पैटर प्रसंस्करण प्रकाशिकी को नुकसान न पहुंचाए। स्टैंड-ऑफ की दूरी जितनी अधिक होती है, फोकस की गहराई भी उतनी ही अधिक होती है, जो इस बात का एक उपाय है कि बीम दी गई दूरी पर कितना भिन्न रहता है। तो, एक उच्च बीम गुणवत्ता बीम फोकस या एक बड़े स्टैंड-ऑफ दूरी / फोकस की अधिक गहराई पर एक उच्च शक्ति घनत्व प्रदान कर सकती है, जो दोनों वेल्डिंग प्रदर्शन को प्रभावित करते हैं।

वर्तमान में लगभग 12 मिमी के BPP के साथ 17 kW क्षमता तक के Yb- फाइबर लेजर। मी रेड। उद्योग में उपयोग में हैं।

फाइबर लेजर की शक्ति क्षमता:

लंबे, पतले फाइबर ज्यामिति प्रभावी शीतलन की अनुमति देता है और इस प्रकार लेजर पंपिंग के थर्मल प्रभावों को कम करने के लिए आदर्श है। फाइबर लेजर स्रोत का स्वाभाविक रूप से और उच्च लाभ का परिणाम उच्च रूपांतरण-रूपांतरण दक्षता है, जो वर्कपीस में उपलब्ध विद्युत ऊर्जा के लिए उपयोग की जाने वाली ऑप्टिकल शक्ति का अनुपात है और जिसे 20 से 30% के बीच उद्धृत किया जाता है।

सीओ ₂ और लैंप-पंप वाले एनडी: वाईएजी लेसिंग के लिए यह लगभग 8% और 3% की बिजली-रूपांतरण दक्षता से काफी अधिक है। यह लेजर और उसके शीतलन प्रणाली को चलाने के लिए कम बिजली की आवश्यकता के परिणामस्वरूप होता है। इस संदर्भ में, यह ज्ञात हो सकता है कि वाई-फाइबर लेज़रों के लिए 2 किलोवाट तक एयर कूलिंग पर्याप्त है जबकि उच्च आउटपुट फाइबर लेज़रों में पानी के ठंडा होने की आवश्यकता होती है।

फाइबर पराबैंगनीकिरण के लाभ:

निर्माण उद्योग में अन्य लोकप्रिय और अच्छी तरह से स्थापित लेजर प्रणालियों पर फाइबर लेज़रों के कुछ मुख्य लाभ निम्नलिखित हैं:

1. क्योंकि लेज़िंग फाइबर को कॉइल किया जा सकता है, और कोई भारी भागों की आवश्यकता नहीं होती है, फाइबर लेजर के पदचिह्न (स्थापना के लिए आवश्यक स्थान) वर्तमान में लोकप्रिय सीओ ₂ और एनडी: वाईएजी लेजर प्रणालियों की तुलना में काफी छोटा है।

2. यह एक सरल और कॉम्पैक्ट डिज़ाइन है इसलिए इसे केवल कुछ घंटों में स्थापित किया जा सकता है।

3. उच्च विश्वसनीयता; यह लेजर डायोड पंप के रखरखाव / विफलता से पहले 100, 000 घंटे तक चल सकता है।

4. Yb- फाइबर लेजर की लागत / kW एक लैंप-पंप एनडी: YAG लेजर स्रोत की तुलना में है।

5. Yb- फाइबर लेजर बीम द्वारा उत्पादित बेहद छोटे वेल्ड पूल के कारण, उत्पादित वेल्ड बहुत संकीर्ण होते हैं जो सेंट्रलाइन क्रैकिंग या छिद्रों से ग्रस्त नहीं होते हैं।

फाइबर लेजर का उपयोग:

मोटर वाहन उद्योग विशेष रूप से Yb- फाइबर लेजर सहित लेजर बीम प्रौद्योगिकी का प्रमुख उपयोगकर्ता है। उच्च शक्ति फाइबर लेजर का उपयोग पाइपलाइन स्टील के लिए 16 मिमी मोटी तक की सभी स्थिति वेल्डिंग प्रक्रिया के लिए भी किया जाता है। 2.2 m / min तक की वेल्डिंग गति को कथित तौर पर 2 kW के वर्कपीस पर बीम पावर के साथ 11.2 मिमी मोटी पाइपलाइन स्टील की सभी स्थिति वेल्डिंग के लिए उपयोग किया गया है।