В процессах с использованием лазерного луча могут потребоваться два разных типа газа или газовых смесей. Следует различать рабочий газ и технологический газ.
Рабочий газ необходим непосредственно для работы самого лазера, тогда как технологические газы непосредственно влияют на процесс или делают его возможным. В то время как рабочие газы обычно определяются производителем лазера и остаются неизменными, в области технологических газов существует определенная свобода выбора. Тип используемого газа зависит от типа лазера, используемого процесса и обрабатываемого материала.
Лазерные рабочие газы
Газовые лазеры требуют рабочих газов для генерации лазерного луча. Газовая смесь, необходимая для СО 2 -лазера , содержит 60–85 % гелия, 13–55 % азота и 1–9 % углекислого газа. Точный состав варьируется от одного типа лазера и от одного производителя к другому. Некоторые типы лазеров также требуют добавления небольшого количества других газов, включая кислород, водород или ксенон.
Газовая смесь ТЭА (особая форма СО 2 -лазера ) также содержит небольшой процент СО. СО токсичен и агрессивен, поэтому требует дополнительных мер безопасности в системе газоснабжения.
Газ, необходимый для эксимерного лазера, состоит из 0,05-0,3% галогенов (фтор или хлористый водород), 1% инертных газов (криптон, ксенон или аргон) и 90-99% газа-носителя (гелий или неон). В целях безопасности галогены всегда разбавляют гелием или неоном.
Твердотельные лазеры, включая лазер Nd:YAG, не требуют рабочего газа.
Большинство газов CO 2 лазера подаются в отдельных газовых баллонах и смешиваются в лазере. Однако для некоторых CO 2 -лазеров и большинства TEA-лазеров также требуются предварительно смешанные лазерные газы. Эксимерные лазерные газы готовятся в отдельных баллонах для промышленного применения. С другой стороны, эксимерные лазерные газы для медицинских применений часто поставляются предварительно перемешанными в баллоне.
Производителям современных лазеров требуются лазерные газы высокой чистоты. Загрязнения в лазерном газе препятствуют обеспечению необходимой мощности и качества лазерного луча, снижают выходную мощность, ухудшают равномерность электрических разрядов и снижают непрерывность работы из-за повышенных требований к обслуживанию оптических путей. Наиболее вредными загрязнителями являются водяной пар и углеводороды.
Загрязнение лазерным газом вряд ли происходит от самих газовых баллонов, а вместо этого может быть введено через неправильно спроектированную и не полностью зарегистрированную систему подачи газа. Таким образом, выбор подходящих компонентов системы подачи газа и профессиональная установка имеют решающее значение для надежной и экономичной работы лазера.
Газ для лазерной сварки
Эти технологические газы используются для лазерной сварки и обработки поверхности. Нагретую поверхность детали и ванну расплава необходимо всегда защищать, чтобы избежать реакции с окружающим воздухом. В дополнение к этому требуется контроль плазмообразования при сварке мощным СО 2 -лазерным лучом.
Основные газы для лазерной сварки CO 2 ; это гелий и смеси гелия и аргона. Гелий нужен как компонент для управления генерацией плазмы над замочной скважиной. Аргон способствует образованию плазмы, поэтому его нельзя использовать с лазерами мощностью более 3 кВт. Для алюминия целесообразно использовать смесь гелия и аргона.
Для некоторых применений оказались подходящими смеси аргона с кислородом или двуокисью углерода. Во избежание образования протяженной плазмы через центральное сопло нельзя вводить углекислый газ и смеси, содержащие углекислый газ. Для более мощных лазеров смеси гелия и кислорода обеспечивают превосходную производительность при приемлемом качестве сварного шва. Для лазерной сварки компания Linde Gas успешно представила специальные смеси лазерных газов LASGON® .
Технологический газ для лазерной резки
Для лазерной резки обычно используются два технологических газа, а именно кислород и азот. Существенными факторами в этом случае являются наличие газа достаточной чистоты и необходимое давление газа. Также в этом случае выбор режущего газа и устанавливаемых параметров сильно зависят от разрезаемого материала; поэтому невозможно дать универсальные рекомендации.
При резке конструкционных и нержавеющих сталей кислородом более высокая чистота кислорода (3,5 вместо 2,5) позволяет увеличить скорость резки на 10–30 %. Более высокая чистота азота, с другой стороны, не влияет на скорость резания, но эффективно предотвращает образование оксидных слоев и цветов отпуска в соответствии с режущими швами, что может быть особенно заметно на нержавеющих сталях.
