德国通快轴快流CO2激光器

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调整好的模式分布
激光烧斑图样
设计:李波
扩束镜
设计:李波
1、凹面镜
2、凸面镜
a、进入的光束直径 b、离开的光束直径
采用扩束镜延长激光加工的可用光程,在飞行光路激光加工中广泛应用。
光闸
设计:李波
设计:李波
Trumpf CO2放电结构
多根放电管串联
设计:李波
放电结构
设计:李波
1、玻璃管 2、放电区 3、放电电极
重大行业应用
设计:李波
现代船舶制造中已开始大量使用的轻型“三明治”多层空心结构厚钢板的 切割加工,更是对万瓦轴快流激光切割装备提出了迫切需求。
德国Trumpf公司的12kW--20kW轴快流CO2激光器已用于世界上许多大型船 厂的生产线上,可大大提高船舶的有效载荷,并大幅度减低制造成本。
日本的Kawasaki重工等造船企业已经安装了高功率激光平板切割系统。德国的 Meyer Werft也安装了四台12KW的CO2激光器,用来焊接不同长度的船体加强杆
Trumpf最新10kW激光器
设计:李波
激光切割的市场需求
设计:李波
德国Trumpf推出了功率高达12kW的CO2激光复合加工机和功率高达 15kW的三维CO2激光切割机,表明了激光加工装备的高功率发展趋势!
德国Trumpf 12kW-CO2激光切 割、焊接和表面处理复合加工机
德国Trumpf 的15kW-CO2 激光三维激光切割机
Trumpf轴快流CO2激光器
设计:李波
2012.8.22
设计:李波
轴快流CO2激光器基本原理
光的受激辐射
设计:李波
CO2激光器的受激辐射
设计:李波
激光的特性
设计:李波
单色性 相干性 方向性
激光模式
设计:李波
TEM00 Mode <1000Watts
D Mode 1000-4000Watts
两种放电结构
设计:李波
射频放电特点
设计:李波
电极位于放电管外,是电容耦合的横向放电(放电方向垂直 于光束方向); 电极形状要求严格,以提高放电的对称性; 起辉电压低; 放电均匀稳定,无可见的放电辉光抖动; 易于调制,调制脉冲频率可达100kHz; 电源复杂,易产生辐射污染,电源及放电管须进行屏蔽。
1969年Cool等人将快速流动技术引入到了这种激光器 中,通过工作气体的高速流动来使其冷却,从而获得
了较高功率的激光输出。
轴快流CO2激光器
射频激励轴快流CO2激光器
射频电源
匹配网络
3 1
2
设计:李波
激光器谐振腔
2

7
7





8



6
全自动混气单元
5 N2 CO2 He Air
4
冷水机
气体循环冷却系统
设计:李波
Trumpf轴快流CO2激光器概述
激光器构成
设计:李波
冷水机
操作面板
激光发生器
控制系统 射频电源
激光发生器构成
涡轮风机
热交换器
设计:李波 激光谐振腔
光闸
功率计
激光器支撑
激光谐振腔构成
转折镜 放电管
设计:李波 窗口与尾镜
基本工作原理
设计:李波
设计:李波
Trumpf CO2激光器谐振腔
Q Mode >4000Watts
光束质量参数
设计:李波
轴快流CO2激光器的诞生
设计:李波
轴快流CO2激光器是在早期的封离式圆形玻璃管纵向激 励CO2激光器的基础上发展而来的。
1965年,Bridge和Petel将放电管壁的温度冷却到60ºC以下来提高激光器的输出功率。 Moeller,
Rigder[8]以及Patel[9]等人则采用风冷和水冷的方式来 使放电管冷却。
设计:李波
设计:李波
Trumpf CO2气体循环冷却
wenku.baidu.com体循环原理图
设计:李波
风机罩
设计:李波
1、涡轮风机 2、叶轮 3、风机罩 4、热交换器 5、翅片管 6、冷却水入口 7、气体入口 8、气体出口
设计:李波
涡轮风机
热交换器
设计:李波
1、叶轮 2、外壳 3、扩散器 A、气体入口 B、气体出口
设计:李波
1、扩散器 2、叶轮
风机结构
设计:李波
1、叶轮 2、上保护轴承 3、转子(永磁) 4、定子 5、下保护轴承 6、驱动轴 7、磁板
定子
设计:李波
1、水冷 2、开口 3、线圈 4、电机电缆 5、电机温度电缆
设计:李波
1、正弦波滤波器 2、变频器 3、混合滤波器 4、操作面板KP100
风机控制原理
设计:李波
1、滤波器 2、整流器 3、变频器 4、中间电路5、制动斩波器 6、磁轴承控制器 7、逆变器 8、正弦波滤波器 9、涡轮风机
磁轴承控制器
设计:李波
1、径向传感器,上 2、径向磁轴承,上 3、控制器MBE-50 4、轴向磁轴承 5、保护轴承,上 6、轴向传感器 7、驱动轴 8、转子 9、定子 10、保护轴承,下 11、径向磁轴承,下 12、速度传感器 13设、计径:向李传波感器,下
谐振腔结构
设计:李波
US:转折镜 RS:尾镜 AS:窗口
设计:李波
1、窗口 2、尾镜 3、转折镜 4、转折镜安装组件
设计:李波
1、调节垂直方向 2、调节水平方向
模式检测工具
设计:李波
1、热敏板 2、紫外灯
检测示意图
设计:李波
1、热敏板 2、紫外灯 3、激光束(尾镜)
设计:李波
未调整好的模式分布
设计:李波
1、供电电源 2、控制电源 3、控制器 4、磁轴承驱动 5、传感器信号处理 6、数字接口 7、LCD显示 A、到磁轴承的信号 B、磁轴承返回信号
风机启停曲线
设计:李波
设计:李波
气体混合器原理图
33
阻抗匹配布置
设计:李波
为每台电源配置一个阻抗匹配器
阻抗匹配布置
设计:李波
1、左匹配器 2、右匹配器 AS:窗口
反射功率变化曲线
设计:李波
匹配网络对反射功率的影响
设计:李波
a、正常的匹配曲线 b、增长串联线圈 c、减小串联线圈
放电建立时间
设计:李波
匹配失调的原因
1、工作气压 2、气体比例变化 3、气体纯度 4、气体温度(冷却系统故障) 5、射频功率幅值 6、射频连接 7、射频电缆或电极物理位置 8、参数MD48错误 9、反射功率计故障
1 激光谐振腔 2 谐振腔镜片 3 放电电极 4 涡轮风机 5 真空泵 6 电磁阀 7 风机出气口换热器 8 风机进气口换热器
轴快流激光仍将是工业加工中的主流激光器
设计:李波
• 薄板+ 3D切割: 光纤激光器占优
• 厚板+非金属/金属+切割+ 价格:
CO2激光器具有明显优势
来自德国“Fraunhofer研究所”研究结果
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