Làm thế nào khí nén khô có thể làm tăng cường độ laser
Hình 3. Một hệ thống sấy toàn bộ hoàn chỉnh bao gồm bốn thành phần: Máy nén, bộ làm mát, bộ thu và bộ lọc. Một số hệ thống không có bộ làm mát.
Khi sử dụng tia laser để cắt một bộ phận kim loại trong quy trình sản xuất, hiệu quả của hoạt động đạt được công suất tối đa và độ chính xác khi cắt (phụ thuộc vào cường độ của ánh sáng).
Trong hầu hết các trường hợp, ánh sáng từ tia laser được truyền qua một hội nghị toàn thể có chứa một loạt gương để hướng nó đến vị trí của hoạt động cắt. Các tấm gương trong phiên họp toàn thể này phải được giữ sạch sẽ và khô ráo; nếu để các chất lạ như bụi hoặc hơi ẩm tích tụ trên gương, thì cường độ ánh sáng tập trung vào kim loại và hiệu quả cuối cùng của quá trình cắt sẽ giảm đi.
Thông thường, khí nén hoặc nitơ lưu thông trong hội nghị toàn thể để đảm bảo không có nước, bụi bẩn, khói, sương mù và các hạt vật chất rắn để gương không bị vẩn đục. Độ ẩm trong khí đặc biệt rắc rối, vì nó có thể bám vào gương và khiến các hạt vật chất lắng đọng trên chúng.
Mức tạp chất lạ có thể chấp nhận được trong khí nén phụ thuộc vào cường độ của tia laser và bản chất của ứng dụng. Thông số kỹ thuật ISO 8573-1, mô tả các mức chất gây ô nhiễm và các loại độ tinh khiết có thể chấp nhận được trong khí nén, là một điểm tham chiếu hữu ích (xem Hình 1 ).
| Lớp | Chất rắn | Nước | Dầu | ||||
| Kích thước hạt tối đa (Micron) | tối đa. Nồng độ | tối đa. áp suất điểm sương | tối đa. Nồng độ | ||||
| PPM | mg/m 3 | Ơ F | Ô C | PPM | mg/m 3 | ||
| 1 | 0,1 | 0,08 | 0,1 | -94 | -70 | 0,008 | 0,01 |
| 2 | 1 | 0,8 | 1 | -40 | -40 | 0,08 | 0,1 |
| 3 | 5 | 4.2 | 5 | -4 | -20 | 0,83 | 1 |
| 4 | 15 | 6,7 | số 8 | 37 | 3 | 4.2 | 5 |
| 5 | 40 | 8.3 | 10 | 45 | 7 | 21 | 25 |
| 6 | – | – | – | 50 | 10 | – | – |
Một số phương pháp được sử dụng để cung cấp khí khô cho đường đi của chùm tia. Trong một số trường hợp, khí nén khô được lấy từ bình áp suất cao hoặc bình Dewar lỏng, nhưng khí cũng có thể được nén và sấy khô tại chỗ.
Có lẽ cách tiếp cận đơn giản nhất là nén khí và sau đó cho phép nó trở lại áp suất gần bằng khí quyển. Tuy nhiên, trong khi phương pháp này loại bỏ một số độ ẩm, độ ẩm đáng kể vẫn còn trong khí (xem Hình 2 ), và nó có thể không đủ khô hoặc không có vật chất dạng hạt để đảm bảo các gương sạch trong đường đi của chùm tia.
| Đầu vào | Chỗ thoát | Giảm áp suất | |
| Khối lượng (Cu. Ft.) | số 8 | 1 | số 8 |
| Áp suất (PSI ở máy đo) | 0 | 100 | 1 |
| Ví dụ nhiệt độ, F (C) | 68 (20) | 158 (70) | 68 (20) |
| Hàm lượng nước (Hơi tính bằng gam) | 2.1 | 2.1 | 0,6 |
| Độ ẩm tương đối, phần trăm | 50 | 30 | 100 |
| Điểm sương ở áp suất hiển thị, F (C) | 50 (10) | 97 (36) | 68 (20) |
Các kỹ thuật như làm lạnh, hấp thụ dao động áp suất và hút ẩm đã được sử dụng để loại bỏ độ ẩm và các hạt khỏi khí. Trong những năm gần đây, các hệ thống máy sấy không khí dạng màng làm khô và loại bỏ các hạt vật chất đã được phát triển để làm sạch đường đi của chùm tia.
Thiết kế hệ thống
Thiết kế tổng thể của một hệ thống cung cấp không khí điển hình được thể hiện trong Hình 3 ; trong hầu hết các trường hợp, máy sấy được đặt gần ứng dụng, tại điểm sử dụng, để người vận hành có thể bảo trì nó. Một số hệ thống máy nén không có bộ làm mát phụ, nghĩa là không khí rời khỏi máy nén ở nhiệt độ 240 đến 400 độ F, chứa một lượng hơi nước đáng kể sẽ ngưng tụ trong các đường ống khi không khí nguội đi. Ví dụ, khi không khí đó nguội đi đến 100 độ F, khoảng hai phần ba tổng lượng nước trong không khí sẽ bị ngưng tụ và có thể gây ra các vấn đề trong bước làm khô.
Máy sấy khí dạng màng bao gồm quy trình hai giai đoạn để cung cấp khí nén khô, sạch (xem Hình 4 ). Ở giai đoạn đầu tiên, khí nén được đưa qua bộ lọc kết hợp hiệu quả cao để loại bỏ các giọt dầu và nước cũng như các hạt vật chất với hiệu suất 99,99% ở mức 0,01 micron. Bộ lọc kết hợp bao gồm một ma trận sợi thủy tinh borosilicate trong chất kết dính nhựa fluorocarbon có khả năng chống nước, chất bôi trơn hydrocacbon và chất bôi trơn tổng hợp.
Các chất lỏng bị giữ lại bởi bộ lọc kết hợp nhỏ giọt vào đáy của vỏ và được tự động làm trống bằng cụm tự động thoát nước để bộ lọc có thể tiếp tục loại bỏ chất lỏng trong một thời gian không xác định mà không làm giảm hiệu quả hoặc khả năng lưu lượng. Không khí rời khỏi bộ lọc này chỉ chứa hơi nước, hơi nước này sau đó sẽ được loại bỏ khi không khí đi qua mô-đun màng bao gồm các bó sợi màng rỗng chỉ cho hơi nước thấm qua (xemHình 5).
Các hệ thống máy sấy không khí được thiết kế để chịu được áp suất tối đa 150 pound trên mỗi inch vuông (PSI) và bao trùm phạm vi lưu lượng từ 1 foot khối tiêu chuẩn mỗi phút (SCFM) đến 600 SCFM.
Khả năng và Hạn chế
Máy sấy màng có thể cung cấp không khí có điểm sương thấp tới -40 độ F từ nhiệt độ đầu vào và nhiệt độ xung quanh cao tới 100 độ F và áp suất đầu vào là 100 pound trên thước đo inch vuông. Điểm sương thấp đảm bảo rằng một lượng nước cực kỳ nhỏ có trong không khí do hệ thống phân phối. Điều này giảm thiểu lượng vật chất lạ có thể đọng lại trên gương và tối ưu hóa lượng ánh sáng truyền qua.
Hệ thống có thể cung cấp liên tục luồng không khí khô liên tục—24 giờ mỗi ngày, bảy ngày mỗi tuần. Không có bộ phận chuyển động nào trong máy sấy khí dạng màng nên giảm thiểu việc bảo trì.
Bởi vì máy sấy không khí màng không cần điện, nên nó có chi phí vận hành thấp. Trên cơ sở định kỳ—thường là sáu tháng một lần—nên thay hộp lọc sơ bộ. Thao tác này mất khoảng năm phút và không yêu cầu bất kỳ công cụ nào.
Hệ thống màng được thiết kế để phù hợp với môi trường sản xuất. Nó có thể được gắn trên tường và không yêu cầu bất kỳ không gian sàn nào. Ngoài ra, hệ thống bao gồm một cống để nước ngưng tụ được chuyển thành chất thải. Việc sử dụng nó không gây nguy hiểm cho môi trường, chẳng hạn như chất làm lạnh hóa học.
Hệ thống màng có thể được sử dụng cho nhiều loại laser, nhưng yêu cầu nguồn khí nén đáng tin cậy trong cơ sở. Một hạn chế của hệ thống màng lọc là không loại bỏ được hàm lượng vết CO 2 trong không khí; đây có thể là vấn đề với các tia laser cực mạnh, chẳng hạn như những kiểu máy có bộ cộng hưởng laser từ 5.000 W trở lên.
Khí nén cho đường đi của chùm tia laser phải khô và không có hạt vật chất để giúp đảm bảo rằng các gương truyền ánh sáng được giữ sạch và lượng ánh sáng có thể truyền đi là tối đa. Máy sấy không khí dạng màng đại diện cho một phương pháp cung cấp không khí cực kỳ khô một cách đáng tin cậy để làm sạch đường dẫn ánh sáng laser.