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激光切割是將從激光器發(fā)射出的激光,經(jīng)光路系統(tǒng),聚焦成高功率密度的激光束。激光束照射到工件表面,使工件達(dá)到熔點(diǎn)或沸點(diǎn),同時與光束同軸的高壓氣體將熔化或氣化金屬吹走。隨著光束與工件相對位置的移動,終使材料形成切縫,從而達(dá)到切割的目的。所需的激光功率密度要大于108W/cm2,并且取決于材料、切割深度和光束焦點(diǎn)位置。激光切割加工是用不可見的光束代替了傳統(tǒng)的機(jī)械刀,具有精度高,切割快速,不局限于切割圖案限制,自動排版節(jié)省材料,切口平滑,加工成本低等特點(diǎn),將逐漸改進(jìn)或取代于傳統(tǒng)的金屬切割工藝設(shè)備。
目前,民用激光發(fā)生器由于制造成本等原因,所發(fā)出的激光光束都具有一定的發(fā)散角,呈“錐形”。當(dāng)“錐形”的高度改變時(相當(dāng)于激光切割機(jī)光路長度改變),聚焦透鏡表面的光束橫截面面積也隨之改變。此外,光還具有波的性質(zhì),因此,不可避免地會出現(xiàn)衍射現(xiàn)象,衍射會使光束在傳播過程中發(fā)生橫向擴(kuò)展,該現(xiàn)象存在于所有的光學(xué)系統(tǒng)中,能夠決定這些系統(tǒng)在性能方面的理論極限值。由于高斯光束呈“錐形”和光波的衍射作用,當(dāng)光路長度變化時,作用在透鏡表面的光束直徑時刻發(fā)生著變化,這就會引起焦點(diǎn)大小和焦點(diǎn)深度的變化,但對焦點(diǎn)位置的影響很小。光纖激光切割機(jī)五點(diǎn)使用技巧1)雙焦距激光切割部件是激光切割機(jī)上的易損物品,長期使用,導(dǎo)致激光切割部件損壞。如果焦點(diǎn)大小和焦點(diǎn)深度在連續(xù)加工中發(fā)生變化,必然會對加工產(chǎn)生很大影響,比如,會造成切割縫寬度不一致、在相同切割功率下會割不透或燒蝕板材等 。
對于飛行光路的切割機(jī),由于光束發(fā)散角,切割近端和遠(yuǎn)端時光程長短不同,聚焦前的光束尺寸有一定差別。入射光束的直徑越大,焦點(diǎn)光斑的直徑越小。從激光發(fā)生器發(fā)出的光束經(jīng)過反射鏡1、2、3到達(dá)切割部件上的聚焦透鏡,聚焦后在待加工材料表面形成光斑。為了減少因聚焦前光束尺寸變化帶來的焦點(diǎn)光斑尺寸的變化,國內(nèi)外激光切割系統(tǒng)的制造商提供了一些專用的裝置供用戶選用:
(1)平行光管。這是一種常用的方法,即在CO2激光器的輸出端加一平行光管進(jìn)行擴(kuò)束處理,擴(kuò)束后的光束直徑變大,發(fā)散角變小,使在切割工作范圍內(nèi)近端和遠(yuǎn)端聚焦前光束尺寸接近一致。
(2)在切割部件上增加一獨(dú)立的移動透鏡的下軸,它與控制噴嘴到材料表面距離(stand off)的Z軸是兩個相互獨(dú)立的部分。當(dāng)機(jī)床工作臺移動或光軸移動時,光束從近端到遠(yuǎn)端F軸也同時移動,使光束聚焦后光斑直徑在整個加工區(qū)域內(nèi)保持一致。如圖二所示。切割穿孔技術(shù):任何一種熱切割技術(shù),除少數(shù)情況可以從板邊緣開始外,一般都必須在板上穿一小孔。
(3)控制聚焦鏡(一般為金屬反射聚焦系統(tǒng))的水壓。若聚焦前光束尺寸變小而使焦點(diǎn)光斑直徑變大時,自動控制水壓改變聚焦曲率使焦點(diǎn)光斑直徑變小。
(4)飛行光路切割機(jī)上增加x、y方向的補(bǔ)償光路系統(tǒng)。即當(dāng)切割遠(yuǎn)端光程增加時使補(bǔ)償光路縮短;反之當(dāng)切割近端光程減小時,使補(bǔ)償光路增加,以保持光程長度一致。