5) задающий генератор Г5-54;
Рисунок.17. Внешний вид технологической установки ЛТУ-200.
6) система подачи вспомогательного газа;
7) газолазерный резак;
8) блок управления технологической установкой.
В качестве источника излучения использовался электроразрядный СО2 - лазер, в котором используются нижние колебательные уровни возбуждённых молекул СО2 для генерации инфракрасного излучения с длиной волны 10,6 мкм.
Для повышения эффективности генерации излучения молекул углекислого газа в большинстве СО2 - лазеров используется газовая смесь с различным процентным содержанием диоксида углерода СО2, азота N2 и гелия Не. Добавка азота в рабочую газовую смесь способствует усилению генерации лазерного излучения, а гелий в основном интенсифицирует отвод теплоты во время генерации вследствие высокой теплоёмкости и теплопроводности, понижая тем самым общую температуру смеси.
В СО2 - лазерах наиболее распространена схема с самостоятельным электрическим разрядом, совмещающим функции накачки рабочей смеси и ионизации. Такие типы лазеров конструктивно оформляются наиболее просто, и в большинстве известных отечественных и зарубежных лазеров мощностью излучения до 1000 Вт используется схема электроразрядного лазера с самостоятельным разрядом [11, 12,13].
В современных конструкциях СО2 - лазеров для увеличения эффективности использования рабочей смеси необходимо поддерживать её температуру на оптимальном уровне и не допускать перегрева. С этой целью осуществляется охлаждение либо по принципу отвода теплоты от разрядной трубки (СО2 - лазеры с диффузионным охлаждением рабочей смеси)[11], либо непосредственной циркуляцией рабочей смеси с целью замены нагретых объёмов (лазеры с конвективным охлаждением) [12].
Рисунок.18. Схема размещения излучателя лазера и ВЧ БП на ЛТУ-200;
1-излучатель, 2- ВЧ БП, 3- манометр, 4- газолазерный резак
Лазер ЛГП-200 разработан и изготовлен в КБ приборостроения (г. Тула). Лазер газовый (CO2), отпаянный, волноводного типа. Тип излучения – непрерывное. В состав ЛГП-200 входят излучатель и высокочастотный блок питания (ВЧ БП), имеющие водяное охлаждение. Схема размещения излучателя лазера и ВЧ БП на установке показаны на рис. 4.4. [18].
Лазер имеет следующие технические характеристики:
- длина волны 10.6 мкм;
- диапазон изменения мощности излучения от 5 до 100 Вт;
- расходимость ЛИ 0.002 рад;
- выходная апертура луча 12 мм;
- модовый состав излучения TEM10;
- напряжение питания 27 ± 1.5 В;
- максимальная потребляемая мощность 2700 Вт;
- частота задающих импульсов 10 кГц;
- энергия кванта излучения-hn=0,117 эВ.
4)Измерительные приборы.
Измерительные приборы, фиксирующие наличие пробоя составляли:
· осциллограф С1-18;
· вольтметр Ц342-М1;
· амперметр Ц342-М1.
4.2 Выбор типа исследуемой жидкости
Выбор типа исследуемой жидкости был обусловлен рядом особенностей в соответствии с поставленной целью и задачей работы. Перечислим основные требования:
1. Использование в традиционных методах электроэрозионной обработки материалов.
2. Возможность использования исследуемой жидкости в нашей установке.
3. Небольшой потенциал ионизации.
4.3 Методика экспериментальных исследований
Основной целью проведенных экспериментов было исследование влияния лазерного излучения на электропроводность диэлектрических жидкостей и изучение практической возможности реализации электроэрозионных явлений в диэлектрической среде. Эксперименты проводятся для исследования влияния следующих параметров:
· Расстоянием между электродами;
· Падением напряжения на электродах;
· Мощностью ЛИ.
Сам эксперимент состоял из двух основных частей и заключался в следующем:
1. Экспериментальная ячейка (ЭЯ) заполнялось изучаемой жидкостью (бидистиллированная вода, спирт, трансформаторное масло) затем подавалось напряжение от 0 В. до 150 В. и мы фиксировали пробойное напряжение для данного типа жидкости, при котором начинается эрозия.
2. Экспериментальная ячейка (ЭЯ) заполнялось изучаемой жидкостью (бидистиллированная вода, спирт, трансформаторное масло) затем подавалось напряжение от 0 В. до 150 В. и в зоне между двумя электродами фокусировался луч лазера различной мощности от 10 Вт до 100 Вт.
3. После проведения экспериментальной части работы проводится обработка данных и построение графиков вольт-амперной зависимости.
Рисунок..20. График вольт-амперной зависимости изучаемого вещества, как некая функция от параметров (мощности лазера, межэлектродного зазора, приложенного к электродам напряжения)
Необходимо отметить экспериментальные сложности в исследовании лазерного пробоя, затрудняющие получение воспроизводимых порогов, таковы:
1. Невоспроизводимость временной и пространственной структуры лазерного импульса вследствие многомодовой природы мощных импульсов. Эта проблема может быть решена тщательной поперечной и продольной селекцией мод.
2. Влияние поглощающих включений (примесей). При линейном поглощении в интенсивном лазерном поле энергия вкладывается столь быстро, что температура поглощающего включения может возрасти на тысячи градусов и вызвать локальное расплавление и испарение вещества. Термическое напряжение может вызвать разрушение материала, в котором находится включение. Проблемы теплопроводности и механического напряжения могут быть решены классическими методами. Разумеется, многое зависит от размеров поглощающего включения, от длительности лазерного импульса и от оптической толщины включения. На практике порог разрушения часто определяется субмикроскопическими поглощающими частицами; например, в лазерных стержнях из неодимового стекла всегда имеются частички платины. Такие включения могут быть удалены. Обусловленный ими порог, конечно, не связан с фундаментальными свойствами вещества, и в идеально чистом веществе порог должен быть гораздо выше. В экспериментах по лазерному пробою важно уметь либо удалять эти включения, либо отличать их влияние от эффектов поглощения в истинно прозрачных материалах.
3. В идеально прозрачных материалах порог разрушения часто определяется явлением самофокусировки. Примером могут служить хорошо известные характерные нитевидные следы разрушений в оптических стеклах. Хотя в области самофокусировки и могут иметь место электрический пробой и лавинная ионизация, порог, наблюдаемый в таких случаях, определяется скорее критической мощностью самофокусировки, нежели пороговой плотностью мощности электрического пробоя. При количественных исследованиях пробоя необходимо избегать не только самофокусировки, но и малейшей деформации лазерного луча из-за изменения коэффициента преломления, зависящего от интенсивности излучения.
4.4 Методика расчета погрешностей измерений
, где ,
,
;
n- кол- во измерений, -средняя арифметическое, - значение i – измерения.
4.5 Выводы по главе 4
1. Разработана и сконструирована экспериментальная установка для проведения экспериментов по исследованию влияния лазерного излучения на электропроводность диэлектрических жидкостей.
2. Разработана система электропитания данной установки, которая обеспечивает заданные требования по напряжению и силе тока (т.е. величин влияющих на характер эрозионных процессов).
4. Определен тип исследуемых диэлектрических жидкостей, которые будут использованы в эксперименте. Основным критерием выбора типа жидкости было: использование в традиционных методах электроэрозионной обработки материалов, возможность использования исследуемой жидкости в нашей установке.
3. Создана методика эксперимента для исследования влияния следующих параметров на электропроводность диэлектрических жидкостей:
· Расстоянием между электродами;
· Падением напряжения на электродах;
· Мощностью ЛИ.
5 Результаты исследований их обсуждение
Для исследования влияния таких параметров как (расстояние между электродами, мощность ЛИ, и приложенном напряжении к электродам) на электропроводность жидкостей было проведена серия экспериментов.
Эксперименты проводились при следующих значениях:
· расстояние между электродами 20, 40 мкм;
