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金属钣金新闻

激光光束参数对切割质量的影响

星之球科技来源:梅曼科技2014-08-25我要评论(0)

首先,说到激光切割质最重要的是要求切缝窄、切边平行度好、切割表面光滑和切缝背面无粘渣。当然,还希望切边热损伤小以及切口处轮廓清晰。 1.模式和功率 这两个光束参...

说到激光切割质最重要的是要求切缝窄、切边平行度好、切割表面光滑和切缝背面无粘渣。当然,还希望切边热损伤小以及切口处轮廓清晰。

1.模式和功率

这两个光束参数关系密切,直接影响切割机性能,所以将两者拿到一起讨论。激光器的性能特征最为重要,因为高强热源可以气化材料,对热量的控制基本上决定了切割质量。激光器的主要性能特征在于影响照射到工件表面功率密度的光束特征。

(1)模式,激光束断面能量分布称为模式,用TEM表示,意指横截面上电磁能分布~它直接与光束的聚焦能力有关,相当于机械切割刀具的尖锐度。最低阶模或基模以TEM10表示,其断面光束能最分布近似于高斯曲线分布.具有这种模式的光束可聚焦到最小的光斑尺寸和有限场深的量密度。轴向快流激光器的通常模式是TEM00或TEM10,被称为低阶模,它提供的光束兼顾了功率密度与场深两者的良好组合。高阶模或多模光束断面特征是能最从中心向外扩散,导致较大光斑尺寸和能量集中程度较低,与相同功率输入的低阶模激光束比,犹如一把钝的切割工具,这种模式的激光器校适于厚板焊接与热处理.①高斯棋(TEMoo)—断面光束能量达到高斯分布,它可以密集地聚焦获得集中的最高能貴。这种模式典型地出现在千瓦以下的激光器。②低阶模(TEM,)接近高斯模并具有它的大多数优点,典型地出现在l~2kW中功率歎光器。③多模——高阶模的混,均匀地分布能量,适于厚板焊接与热处理,出现在的高功率激光器。

(2)输出功率。激光金属切割机是以输出功率的瓦数来标定的。激光切割是一个热过程.激光束产生的热量与激光器的容量有褂冢尽管高质最输出300W激光足够切割纸类产品,但它产生的热景却不足以有效地耦合到铝。设其它变量(如功率分布、光斑尺寸等)不变,提高功率可增加切割速度或能切割较厚断面的材料。

(3)稳定性。切割质董要靠应用始终一致的光束能量和质量来保证,所以激光输出的稳定性是切割的一大关键因素,这里包括保持不波动的输出能量(功率稳定性)、一致的光束质量(模式稳定性)和光路准直稳定性。如果这些因素中任何一个在不短时间内出现的波动超过一定的百分比,将导致光束质量明显下降。

2.激光束的偏振就象任何类型电磁波传输一样,激光束也具有相互成90°并与光束运行方向垂直的电、磁分矢最,在光学领域习惯上把电矢量方向作为激光束偏振方向.在切割金属和陶瓷时明显表现出的切边质貴不一致,如切缝、切边粗糙度、垂直度的变化,就是偏振效应引起的,它能不可预测地影响到瞬间耦合到材料的光束能量的吸收程度。如图15-29所示,切割方向与光束偏振相平行时,切缝窄、切边平直.当切割方向从偏振面移开,就会导致能量吸收的递减。切割速度越馒,切口越宽,切边粗糙并与材料表面不垂直。一旦切割方向与偏振面完全垂直,则切边不再倾斜,切割速度越慢,切口越宽,切割质最显得越粗糙。但对复杂形状工件来说,很难始终保持偏振方向平行于切割方向,为此,现代激光切劄系统已配备一种光学镜片,以获得等量耦合消除不均一性,而不管切割方向如何,这种镜片称为圆偏振镜。

3.激光束的聚焦

利用激光束的热量进行切割,必须把激光器射出的原始光束经过透镜聚焦,才能形成高能量(功率)密度。聚焦后的光斑直径依据衍射理论町从公式D=2.4F算出(这里A是光束波长,对C02激光束是10.6um,F是所用光学系统的系数),但实际上都是通过实测获得的。通常推荇硒化锌(ZnSe)作为透镜材料,两面镀防反射膜。硒化锌镜片既可透过C02激光束进行聚焦,也能透过通常作工件对中用的可见氦-氖(He-Ne)光。激光器射出的原始光束通过透镜会聚到焦点,随后向远处散射,产生焦点(锥点)两侧的两个锥形。焦点处功率密度最高。透镜焦距长,聚焦光斑大,功率密度就相对较低,但焦深大,操作容许度也大;反之,透镜焦距短,光斑小,功率密度高,但焦深也小。

4.脉冲波光束

通常,用连续波激光束切割工件角部,由于切割机床运作需要,机床先减速后增速通过角K,使角周围堆积起来的热置无法及时散去,引起角部切割区材料过烧,影响切割质量。现代激光切割系统所使用的激光器在连续波的基础上也能发射脉冲波。这样,当切割角区时可使用同步脉冲波,及时调节功率以与角区切割速度变化柑适应。当角区切割完成再度在直线方向运行时,激光束将回复到连续波切割。使用同步脉冲波激光来,明显地改善了工件角区切割质量。

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