YAG激光器的先容

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YAG激光器的介绍_机械/仪表_工程科技_专业资料。YAG 激光器切割机的介绍 一 光学系统的介绍 光学系统包括 YAG 激光器、全反镜、半反镜、扩束镜组、聚焦 切割头组件。 激光有能量密度
YAG激光器的先容

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  YAG激光器的介绍_机械/仪表_工程科技_专业资料。YAG 激光器切割机的介绍 一 光学系统的介绍 光学系统包括 YAG 激光器、全反镜、半反镜、扩束镜组、聚焦 切割头组件。 激光有能量密度,实际的切割效果决定于作用在工件表面的激 光能量密度。为了能够

  YAG 激光器切割机的介绍 一 光学系统的介绍 光学系统包括 YAG 激光器、全反镜、半反镜、扩束镜组、聚焦 切割头组件。 激光有能量密度,实际的切割效果决定于作用在工件表面的激 光能量密度。为了能够很好地进行激光切割,必须进一步提高激光的 能量密度。这有两种方法:一种是提高激光器的激光输出功率,一种 是将激光器发出的激光束进一步变细或激光束模式调整, 这需要一套 光学的系统如下 聚焦切割头组件 扩束镜 半反镜 YAG 激光器 全反镜 激光准直 二 切割工艺介绍 激光切割工艺由激光器输出波长为 1064nm 的激光束经扩束通过 聚焦透镜组聚焦在加工物体的表面上, 形成一个个细微的、 高能量密 度的光斑作用在物体表面,经高能量光点熔融、蒸发金属材料,并通 过高压保护气体(N2)挤压带走溶渣或助燃气体(O2)助燃使作用点 瞬间熔融能量加强,提高激光加工能力 激光切割工艺分类: 1. 汽化切割 2. 无氧熔化切割 3. 氧助熔化切割 4. 控制断裂切割 1. 汽化切割: 当聚焦到材料表面的激光功率密度非常高时, 与热传导相比, 材 料表面的温度上升极快,直接达到汽化温度,而没有熔化产生 如飞秒激光切割任何材料都属于汽化切割, 或连续激光切割一些 低汽化温度的材料如木材,碳素及某些塑料 2.无氧熔化切割 当激光切割材料时, 若所吹辅助气体为惰性气体, 熔化的材料将 不会与空气中的氧气接触, 也就不会产生化学反应。 故称为无氧熔化 切割。 因此在同等条件下, 无氧熔化切割所需的激光能量将比氧助熔 化切割的高。 3.氧助熔化切割 当激光切割金属材料时, 若所吹辅助气体为氧气或含氧的混合气 体, 被激光加热的金属材料产生氧化放热反应, 这样在激光能量外就 产生了另一个热源--金属化学反应产生的热能, 并且两个热能共同 完成材料的熔化及切割,称之为氧助熔化切割。 一般讲,氧气流的速度越高,金属材料氧化放热反应,就越激 烈。 产生的熔渣被高速的氧气流排出越彻底, 可以得到较高的切割速 度,但氧气流的速度太高,气流会带走太多的热能,导致熔化金属冷 却,使金属的氧化反应速度减缓,会产生切不透的现象。 4.控制断裂切割 对于容易受热破坏的脆性材料, 通过激光束加热进行高速、 可 控的切断,称为控制断裂切割。这种切割过程主要内容是:激光束加 热脆性材料小块区域, 引起该区域大的热梯度和严重的机械变形, 导 致材料形成裂缝。 只要保持均衡的加热梯度, 激光束可引导裂缝在任 何需要的方向产生。 激光划片:激光划片主要是指刻划硅片,陶瓷基片、金刚石薄 膜、太阳能电池等都属于控制断裂切割。 三、影响激光切割效果的因素 1.工件特性及激光波长对切割效果影响很大: 因为它们直接影响材料对激光能量的吸收率。吸收率大小决定着 激光加工的能量利用率。一般非金属材料对紫外激光和 10600NM 的 CO2 激光的吸收率很大。不同的金属材料对不同的波长的激光 的吸收率变化很大 2.工艺参数的影响: 气嘴大小、气流、辅助气体、切割速度、能量大小频率高低、焦点 位子、穿孔时间、程序设计(切割路径优化)等。 3.激光模式的好坏及光束质量、光路是否偏离都对切割效果有影响。 四、常用材料的激光切割特性 不同的材料激光切割的特性也不一样, 因为对激光的吸收率不相 同。 现在主要讲下金属类的材料激光切割。 下图为不同的金属对不同 的波长激光吸收率 普通碳钢的激光切割 低碳钢最适合用氧助熔化激光切割。低碳钢含有 99%以上的铁, 铁的氧化反应产生大量的热, 可以减小对激光的能量要求; 另氧气可 自由穿过氧化反应造成的氧化铁层进入熔化材料。 因氧化的熔渣的黏 度低,很容易被气流吹走。所以激光切割低碳钢速度高切口较好、光 洁 不锈钢的激光切割 不锈钢一般采用高压氮气辅助切割, 需要的激光能量较高, 切口 白亮不会氧化不变色且毛刺很少。 如用氧气切割, 在相同的激光能量 下,速度可更快,但切口被氧化发黑。不同型号的不锈钢,可能切割 参数略有不同, 效果也略有差别。 因为不锈钢含铬或者镍的成分不一 样。 镍合金的激光切割 对镍合金的激光切割同不锈钢的切割差不多, 但由于熔融态的镍 的黏度较高, 更容易引发熔渣黏在背面的害缝上, 也就是容易产生毛 刺,一般情况下用氧气切割。 钛及其合金的激光切割 因为钛的氧化反应放大量的热能, 氧气切割会产生剧烈反应, 虽 然速度较快,但很容易引起切口过烧,一般采用空气为辅助切割,背 面有少量毛渣产生,但很容易清除,这样便于控制切割效果。也可吹 氮气切割, 减少氧化污染问题, 但切口有热影响易改变材料的力学性 能。 铝及其合金的激光切割 由于铝及其合金对 YAG 激光有较高的反射率,一般用的激光能 量都比切割碳钢、不锈钢的能量要高。切割可以吹空气。切口比较白 亮,但无论吹空气还是氮气切割,背面都有少量的粉沫状的毛刺,却 是很容易去除 铜材料的激光切割 铜跟铝很相似, 对激光有较高的反射率, 较薄的黄铜还是比较好 切割,但红(紫)铜需要吹氧气可以较好的切割。背面会有毛刺,很 容易刮掉 贵金属(金、银)激光切割跟铜极为相似,需要吹氧气切割 YAG 激光切割机的一些基本参数 下面以 200w 的激光器为例 材料 不锈钢 碳钢 不锈钢 碳钢 不锈钢 碳钢 不锈钢 碳钢 不锈钢 碳钢 不锈钢 碳钢 厚度 0.1-0.3 0.5 0.8 1.0 1.5 2.0 速度 30mm/s 20mm/s 15mm/s 12mm/s 8mm/s 5mm/s 总结 YAG 激光切割机切割不锈钢时通常只采用空气和氮气而不采用 氧气, 对切面质量有较高要求的情况下采用较大压力的氮气, 可 以得到较细的缝宽和较光洁的断面(银白的金属光泽) ,以及较 少的毛刺量,相应的会增加成本 切割碳钢时, 通常采用空气和氧气而不采用氮气, 使用氧气可以 提高断面的光洁度(乌黑的金属光泽) ,也可以使切割速度有一 定提高, 同时氧气的压力不宜太大, 过大的气压会引起爆孔而难 以控制

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