用於橫流二氧化碳雷射器的電阻器的製作方法

2023-06-04 13:25:41

專利名稱：用於橫流二氧化碳雷射器的電阻器的製作方法
技術領域：
本實用新型是一種用於雷射加工領域最常用的高功率橫流CO2雷射器的電阻器。
高功率橫流CO2雷射器在汽車、鋼鐵、石油等行業雷射切割、焊接、塗敷、合金化、熱處理等領域獲得廣泛應用。其主要優點在於其光電轉換效率高，連續輸出和重複脈衝輸出功率高，平均功率一般在千瓦～萬瓦之間，也可獲得更高功率輸出。
在自持輝光放電和預電離非自持輝光放電橫流CO2雷射器中，限流電阻(或稱鎮流電阻)是實現穩定均勻輝光放電必不可少的組成部分，就如同日光燈的鎮流器一樣。一般情況下，為保持均勻穩定大體積輝光放電，限流電阻限值一般應不小於與之串接的輝光放電分列陽極(或陰極)等效氣體阻抗的1/3左右。換言之，為保持穩定均勻的輝光放電，消耗在限流電阻上的總的電功率高達整臺雷射器消耗的電源功率的1/4～1/3左右。儘管CO2雷射器屬於高光電轉換效率的雷射器，光電轉換效率一般高於10％。即對於5KW高功率橫流CO2雷射器，其電源消耗功率接近40～50KW，其限流電阻上總消耗高達10～15KW。在一臺工業用5KW橫流CO2雷射器使用過程中，等效於十幾隻千瓦級的電爐熱量。如果不採取冷卻措施，周圍環境溫度將越來越高，限流電阻本身也將受到損害，起碼是縮短壽命，以致影響二氧化碳雷射器的正常運轉。一臺管條式電極結構的高功率橫流CO2雷射器的陰陽極電極結構和其限流電阻排布如圖1所示，相對於水冷銅管的陰極1，有一排分列的陽極銅條2，每個陽極銅條2都接有限流電阻，阻值在2～10KΩ之間，考慮到限流電阻功率承受能力，採用四隻同樣規格的限流電阻兩兩並聯再串聯以達到要求。
對於一臺典型的工業用五千瓦橫流CO2雷射器，採用管條型放電電極結構，雙放電通道。對於120個條狀陽極條，需要4×120隻每隻功率高達100W的表面塗釉的線繞電阻。在先技術[1]中用風冷的限流電阻櫃，將上述那麼多的限流電阻3置於限流電阻櫃內，這種風冷的結構體積大，由排風扇引起的噪音大，而且由於限流電阻櫃的發熱量在十幾千瓦以上，必須用通風管道排至室外，為工作環境帶來很多不便。在先技術[2]中採用高壓絕緣油冷卻的結構，這種結構需要熱交換量達幾萬大卡熱量的熱交換器，再用自來水冷卻熱交換器，然後熱交換器冷卻高壓絕緣油。儘管該結構比上述在先技術風冷式電阻櫃體積要小一些，但由於增加有熱交換器本身的體積和造價，使得數千瓦級高功率橫流CO2雷射器的限流電阻櫃的體積仍然比較大而且價格比較貴。
本實用新型的目的為克服在先技術的不足，提供一種既經濟又小型化的用於高功率橫流CO2雷射器的電阻器，為整套橫流CO2雷射加工機的小型化和提高性能價格比提供條件。
本實用新型的電阻器包括箱殼8，在箱殼8內置有電阻組件6。電阻組件6包含限流電阻3，限流電阻3的兩端分別用螺栓601、螺母602固定在上承接板603和下承接板609上。限流電阻3的引出線607通過固定接線板604上的接線柱605引出。箱殼8的底部側面上帶有進水管7，箱殼8的上部側面上帶有出水管4。箱殼8內裝有流動的流水5，上述的電阻組件6全部浸沒在流動的流水5中。電阻組件6中的限流電阻3表面上全部敷有絕緣漆層608，限流電阻3的引出端和引出線607接於接線柱605的全部接線點上均塗有封裝絕緣層606。
所說的進水管7和出水管4的阻抗值大於兆歐姆(MΩ)量級，是由絕緣材料構成的，是塑料管，或是聚乙烯管，或是尼龍管。因為每隻進、出水管7和4的阻抗值要大於兆歐姆量級，所以進出水管7和4的長度比較長，為了節省地方和方便起見，做成多圈螺旋形，或者是彎曲形，當然能夠達到阻抗值足夠大的要求，也可以是直的。
所說的箱殼8，電阻組件6中的上承接板603、下承接板609、螺栓601、螺母602以及固定接線板604均是由絕緣材料構成的。是由聚氯乙烯絕緣材料構成，或是由膠木絕緣材料構成，或是由尼龍絕緣材料構成。
本實用新型的用於橫流CO2雷射器的電阻器的結構如上所述，下面結合圖1所示雷射器放電腔內電極結構，進一步說明本實用新型電阻器的結構及特性。圖1中電壓「+」端電壓高達3～4千伏，對一臺5千瓦輸出的橫流CO2雷射器而言，其總電流約15安培左右。均勻分布在120個陽極條2並聯分路上。從表面上看，限流電阻3需要的絕緣電壓值在數千伏以上(＞4千伏)。由於放電迴路的等電位性能，通過簡單的歐姆定律可知，其如圖1所示的限流電阻3上的電流為60mA左右，若限流電阻3值為5100Ω，則每個限流電阻上的壓降在300伏左右。利用橫流CO2雷射器分列式電極結構輝光放電的放電特性，可知儘管其限流電阻3處於數千伏的高壓端，而利用等電位特點，相互間的電壓差僅在數百伏之間。
本實用新型正是根據上述等電位特點，對於陶瓷塗釉式線繞限流電阻3經耐壓上千伏的絕緣漆浸泡烘乾後在限流電組3上敷上一層絕緣漆層608；在每個接線點上都採用耐電壓的環氧樹脂膠塗上一層封裝絕緣層606；整個電阻組件6置於由絕緣材料構成的箱殼8內；箱殼8內裝有一直流動的流水5，電阻組件6又全部浸沒在流水5中，則電阻組件6中限流電阻3上產生的熱量被流水5不斷地帶走，從而達到冷卻的目的。流水5的流量大小是要依據限流電阻3上所需要散熱量的大小而決定的。要求進水管7和出水管4的內徑足夠大以及電阻組件6中的每隻限流電阻3之間有足夠的間隙，使流水5流暢無阻。
本實用新型的優點1．與在先技術[1]的風冷排風扇噪音大的風冷式橫流CO2雷射器限流電阻箱相比，本實用新型水冷的電阻器無噪音，體積小，本實用新型電阻器的體積約為風冷排風電阻箱體積的1/3；價格低；冷卻效果好。
2．與在先技術[2]的油冷式橫流CO2雷射器限流電阻箱相比，本實用新型水冷電阻器的體積要小1/2；成本低廉。


圖1為在先技術中橫流二氧化碳雷射器放電腔內陰極管1、陽極條2及限流電阻3的結構示意圖。
圖2為本實用新型的電阻器的結構示意圖。
實施例如圖2所示的本實用新型電阻器的結構，用在中國科學院上海光學精密機械研究所提供的五千瓦橫流CO2雷射器上。該雷射器為雙放電通道，管板式電極結構，電阻組件6中有兩側限流電阻3共114組，雷射放電腔內充氣氣壓為60毫米汞柱(合8KPa)，CO2∶N2∶He=1∶8∶11，箱殼8是由絕緣材料聚氯乙烯(PVC)板構成，固定限流電阻3的螺栓601和螺母602是由絕緣材料尼龍構成的。上承接板603，下承接板609和固定接線板604是由絕緣材料膠木板構成。進水管7和出水管4是由絕緣材料塑料管構成多圈螺旋形的。箱殼8內流動的流水5為流動的自來水。自來水的流速流量與整個限流電阻的散熱量相匹配。限流電阻3引出端和引出線607接於接線柱605上的所有接線點上的封裝絕緣層606是環氧樹脂絕緣層。箱殼8對地絕緣值大於MΩ，也就是進水管7和出水管4的對地阻抗值大於MΩ量級。限流電阻3採用100W額定功率，阻值為5100Ω的線繞陶瓷繞結並上釉的電阻，兩兩並聯後再串聯。限流電阻3表面上的絕緣漆層608是將限流電阻3浸泡在耐高壓上千伏的絕緣漆中，然後再烘乾，構成在限流電阻3上的絕緣漆層。上述結構的電阻器用在上述的橫流CO2雷射器上，在5KHz脈衝預電離放電條件下，當放電主電流為18A時，雷射功率輸出為5100W，當放電主電流為20A時，雷射功率輸出為5500W，並長時間穩定運轉。說明使用本實用新型的電阻器，使橫流二氧化碳雷射器的輸出功率高而穩定。
權利要求1．一種用於橫流二氧化碳雷射器的電阻器，包括1箱殼(8)，在箱殼(8)內置有電阻組件(6)，電阻組件(6)包含兩端分別用螺栓(601)和螺母(602)固定在上承接板(603)和下承接板(609)上的限流電阻(3)，限流電阻(3)的引出線(607)通過固定接線板(604)上的接線柱(605)引出；其特徵在於2箱殼(8)的底部側面上帶有進水管(7)，箱殼(8)的上部側面上帶有出水管(4)；3箱殼(8)內裝有流動的流水(5)，上述的電阻組件(6)全部浸沒在流水(5)中；4所說的電阻組件(6)中的限流電阻(3)表面上全部敷有絕緣漆層(608)，限流電阻3的引出端和引出線(607)接於接線柱(605)上的所有接線點上均塗有封裝絕緣層(606)。
2．根據權利要求1所述的用於橫流二氧化碳雷射器的電阻器，其特徵在於所說的箱殼(8)上的進水管(7)和出水管(4)的阻抗值大於兆歐姆量級，是由絕緣材料塑料管，或是由絕緣材料聚乙烯管，或是由絕緣材料尼龍管構成。
3．根據權利要求1所述的用於橫流二氧化碳雷射器的電阻器，其特徵在於所說的箱殼(8)，電阻組件(6)中的上承接板(603)、下承接板(609)、螺栓(601)、螺母(602)以及固定接線板(604)均是由絕緣材料聚氯乙烯，或是由絕緣材料膠木，或是由絕緣材料尼龍構成的。
專利摘要一種用於橫流二氧化碳雷射器的電阻器,包括帶有進水管和出水管的由絕緣材料構成的箱殼。箱殼內裝有流動的水。含有限流電阻的電阻組件浸沒在箱殼內的流水中。限流電阻表面上敷有絕緣漆層,電阻組件的所有接線點上均塗有封裝絕緣層。進水管和出水管的阻抗值大於兆歐姆量級。限流電阻上產生的熱量不斷地被流水帶走以此達到冷卻的目的。具有體積小、成本低、冷卻效果好、無噪音的特點。
文檔編號H01C1/08GK2462520SQ01210218
公開日2001年11月28日 申請日期2001年1月16日 優先權日2001年1月16日
發明者程兆谷 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所