专利名称：横流二氧化碳激光器的电阻器的制作方法
技术领域：
本发明是一种用于激光加工领域最常用的高功率横流CO2激光器的电阻器。
高功率横流CO2激光器在汽车、钢铁、石油等行业激光切割、焊接、涂敷、合金化、热处理等领域获得广泛应用。其主要优点在于其光电转换效率高，连续输出和重复脉冲输出功率高，平均功率一般在千瓦～万瓦之间，也可获得更高功率输出。
在自持辉光放电和预电离非自持辉光放电横流CO2激光器中，限流电阻(或称镇流电阻)是实现稳定均匀辉光放电必不可少的组成部分，就如同日光灯的镇流器一样。一般情况下，为保持均匀稳定大体积辉光放电，限流电阻限值一般应不小于与之串接的辉光放电分列阳极(或阴极)等效气体阻抗的1/3左右。换言之，为保持稳定均匀的辉光放电，消耗在限流电阻上的总的电功率高达整台激光器消耗的电源功率的1/4～1/3左右。尽管CO2激光器属于高光电转换效率的激光器，光电转换效率一般高于10％。即对于5KW高功率横流CO2激光器，其电源消耗功率接近40～50KW，其限流电阻上总消耗高达10～15KW。在一台工业用5KW横流CO2激光器使用过程中，等效于十几只千瓦级的电炉热量。如果不采取冷却措施，周围环境温度将越来越高，限流电阻本身也将受到损害，起码是缩短寿命，以致影响二氧化碳激光器的正常运转。一台管条式电极结构的高功率横流CO2激光器的阴阳极电极结构和其限流电阻排布如图1所示，相对于水冷铜管的阴极1，有一排分列的阳极铜条2，每个阳极铜条2都接有限流电阻，阻值在2～10KΩ之间，考虑到限流电阻功率承受能力，采用四只同样规格的限流电阻两两并联再串联以达到要求。
对于一台典型的工业用五千瓦横流CO2激光器，采用管条型放电电极结构，双放电通道。对于120个条状阳极条，需要4×120只每只功率高达100W的表面涂釉的线绕电阻。在先技术[1]中用风冷的限流电阻柜，将上述那么多的限流电阻3置于限流电阻柜内，这种风冷的结构体积大，由排风扇引起的噪音大，而且由于限流电阻柜的发热量在十几千瓦以上，必须用通风管道排至室外，为工作环境带来很多不便。在先技术[2]中采用高压绝缘油冷却的结构，这种结构需要热交换量达几万大卡热量的热交换器，再用自来水冷却热交换器，然后热交换器冷却高压绝缘油。尽管该结构比上述在先技术风冷式电阻柜体积要小一些，但由于增加有热交换器本身的体积和造价，使得数千瓦级高功率横流CO2激光器的限流电阻柜的体积仍然比较大而且价格比较贵。
本发明的目的为克服在先技术的不足，提供一种既经济又小型化的用于高功率横流CO2激光器的电阻器，为整套横流CO2激光加工机的小型化和提高性能价格比提供条件。
本发明的电阻器包括箱壳8，在箱壳8内置有电阻组件6。电阻组件6包含限流电阻3，限流电阻3的两端分别用螺栓601、螺母602固定在上承接板603和下承接板609上。限流电阻3的引出线607通过固定接线板604上的接线柱605引出。箱壳8的底部侧面上带有进水管7，箱壳8的上部侧面上带有出水管4。箱壳8内装有流动的流水5，上述的电阻组件6全部浸没在流动的流水5中。电阻组件6中的限流电阻3表面上全部敷有绝缘漆层608，限流电阻3的引出端和引出线607接于接线柱605的全部接线点上均涂有封装绝缘层606。
所说的进水管7和出水管4的阻抗值大于兆欧姆(MΩ)量级，是由绝缘材料构成的，是塑料管，或是聚乙烯管，或是尼龙管。因为每只进、出水管7和4的阻抗值要大于兆欧姆量级，所以进出水管7和4的长度比较长，为了节省地方和方便起见，做成多圈螺旋形，或者是弯曲形，当然能够达到阻抗值足够大的要求，也可以是直的。
所说的箱壳8，电阻组件6中的上承接板603、下承接板609、螺栓601、螺母602以及固定接线板604均是由绝缘材料构成的。是由聚氯乙烯绝缘材料构成，或是由胶木绝缘材料构成，或是由尼龙绝缘材料构成。
本发明的用于横流CO2激光器的电阻器的结构如上所述，下面结合图1所示激光器放电腔内电极结构，进一步说明本发明电阻器的结构及特性。图1中电压“+”端电压高达3～4千伏，对一台5千瓦输出的横流CO2激光器而言，其总电流约15安培左右。均匀分布在120个阳极条2并联分路上。从表面上看，限流电阻3需要的绝缘电压值在数千伏以上(＞4千伏)。由于放电回路的等电位性能，通过简单的欧姆定律可知，其如图1所示的限流电阻3上的电流为60mA左右，若限流电阻3值为5100Ω，则每个限流电阻上的压降在300伏左右。利用横流CO2激光器分列式电极结构辉光放电的放电特性，可知尽管其限流电阻3处于数千伏的高压端，而利用等电位特点，相互间的电压差仅在数百伏之间。
本发明正是根据上述等电位特点，对于陶瓷涂釉式线绕限流电阻3经耐压上千伏的绝缘漆浸泡烘干后在限流电组3上敷上一层绝缘漆层608；在每个接线点上都采用耐电压的环氧树脂胶涂上一层封装绝缘层606；整个电阻组件6置于由绝缘材料构成的箱壳8内；箱壳8内装有一直流动的流水5，电阻组件6又全部浸没在流水5中，则电阻组件6中限流电阻3上产生的热量被流水5不断地带走，从而达到冷却的目的。流水5的流量大小是要依据限流电阻3上所需要散热量的大小而决定的。要求进水管7和出水管4的内径足够大以及电阻组件6中的每只限流电阻3之间有足够的间隙，使流水5流畅无阻。
本发明的优点1．与在先技术[1]的风冷排风扇噪音大的风冷式横流CO2激光器限流电阻箱相比，本发明水冷的电阻器无噪音，体积小，本发明电阻器的体积约为风冷排风电阻箱体积的1/3；价格低；冷却效果好。
2．与在先技术[2]的油冷式横流CO2激光器限流电阻箱相比，本发明水冷电阻器的体积要小1/2；成本低廉。
图1为在先技术中横流二氧化碳激光器放电腔内阴极管1、阳极条2及限流电阻3的结构示意图。
图2为本发明的电阻器的结构示意图。
实施例如图2所示的本发明电阻器的结构，用在中国科学院上海光学精密机械研究所提供的五千瓦横流CO2激光器上。该激光器为双放电通道，管板式电极结构，电阻组件6中有两侧限流电阻3共114组，激光放电腔内充气气压为60毫米汞柱(合8KPa),CO2∶N2∶He=1∶8∶11，箱壳8是由绝缘材料聚氯乙烯(PVC)板构成，固定限流电阻3的螺栓601和螺母602是由绝缘材料尼龙构成的。上承接板603，下承接板609和固定接线板604是由绝缘材料胶木板构成。进水管7和出水管4是由绝缘材料塑料管构成多圈螺旋形的。箱壳8内流动的流水5为流动的自来水。自来水的流速流量与整个限流电阻的散热量相匹配。限流电阻3引出端和引出线607接于接线柱605上的所有接线点上的封装绝缘层606是环氧树脂绝缘层。箱壳8对地绝缘值大于MΩ，也就是进水管7和出水管4的对地阻抗值大于MΩ量级。限流电阻3采用100W额定功率，阻值为5100Ω的线绕陶瓷绕结并上釉的电阻，两两并联后再串联。限流电阻3表面上的绝缘漆层608是将限流电阻3浸泡在耐高压上千伏的绝缘漆中，然后再烘干，构成在限流电阻3上的绝缘漆层。上述结构的电阻器用在上述的横流CO2激光器上，在5KHz脉冲预电离放电条件下，当放电主电流为18A时，激光功率输出为5100W，当放电主电流为20A时，激光功率输出为5500W，并长时间稳定运转。说明使用本发明的电阻器，使横流二氧化碳激光器的输出功率高而稳定。
权利要求
1．一种横流二氧化碳激光器的电阻器，包括<1>箱壳(8)，在箱壳(8)内置有电阻组件(6)，电阻组件(6)包含两端分别用螺栓(601)和螺母(602)固定在上承接板(603)和下承接板(609)上的限流电阻(3)，限流电阻(3)的引出线(607)通过固定接线板(604)上的接线柱(605)引出；其特征在于<2>箱壳(8)的底部侧面上带有进水管(7)，箱壳(8)的上部侧面上带有出水管(4)；<3>箱壳(8)内装有流动的流水(5)，上述的电阻组件(6)全部浸没在流水(5)中；<4>所说的电阻组件(6)中的限流电阻(3)表面上全部敷有绝缘漆层(608)，限流电阻3的引出端和引出线(607)接于接线柱(605)上的所有接线点上均涂有封装绝缘层(606)。
2．根据权利要求1所述的横流二氧化碳激光器的电阻器，其特征在于所说的箱壳(8)上的进水管(7)和出水管(4)的阻抗值大于兆欧姆量级，是由绝缘材料塑料管，或是由绝缘材料聚乙烯管，或是由绝缘材料尼龙管构成。
3．根据权利要求1所述的横流二氧化碳激光器的电阻器，其特征在于所说的箱壳(8)，电阻组件(6)中的上承接板(603)、下承接板(609)、螺栓(601)、螺母(602)以及固定接线板(604)均是由绝缘材料聚氯乙烯，或是由绝缘材料胶木，或是由绝缘材料尼龙构成的。
全文摘要
一种横流二氧化碳激光器的电阻器,包括带有进水管和出水管的由绝缘材料构成的箱壳。箱壳内装有流动的水。含有限流电阻的电阻组件浸没在箱壳内的流水中。限流电阻表面上敷有绝缘漆层,电阻组件的所有接线点上均涂有封装绝缘层。进水管和出水管的阻抗值大于兆欧姆量级。限流电阻上产生的热量不断地被流水带走以此达到冷却的目的。具有体积小、成本低、冷却效果好、无噪音的特点。
文档编号H01C13/00GK1305199SQ0012795
公开日2001年7月25日 申请日期2000年12月20日 优先权日2000年12月20日
发明者程兆谷 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所