隨著激光切割機激光器在工業(yè)加工領域的應用范圍不斷擴展,高功率光纖激光器也有了更大的需求。在更高功率的激光器應用中,便會出現(xiàn)一系列新問題,從而影響激光切割機加工的穩(wěn)定性,比如熱透鏡效應。
一、什么是熱透鏡效應 由于光學元件質(zhì)量差、臟污、損壞等原因造成對激光吸收率增大,光學元件受激光束連續(xù)較長時間照射后,溫度升高產(chǎn)生熱變形,進而引起透過型光學元件的折射率和反射型光學元件的反射方向發(fā)生變化。熱透鏡效應會改變激光焦點(束腰)的位置,進而影響應用。
由于透過型光學元件對激光吸收率更高,溫度上升更大,因此熱透鏡效應更。接下來主要針對不同激光應用設備中,易出現(xiàn)熱透鏡問題的光學元件做分析。
二、熱透鏡效應在激光應用中的影響 功率越高、加工高反材料,光學元件受熱膨脹越迅速,熱透鏡越;產(chǎn)生熱透鏡效應時,光學元件受熱膨脹,出現(xiàn)聚焦能力變強,聚焦光斑尺寸變小,焦距和焦深變短現(xiàn)象。 這些現(xiàn)象的產(chǎn)生,會造成激光加工不穩(wěn)定,影響激光加工。
1、對打標的影響
(1)氧化鋁打黑:發(fā)生熱透鏡效應時,焦距變短,材料表面能量密度,氧化鋁打不黑,嚴重時出現(xiàn)和邊緣黑度不一致現(xiàn)象。
(2)金屬深雕:金屬深雕一般使用焦距(焦深)短的場鏡,當高功率深雕時,由于熱透鏡效應,材料處能量密度迅速下降,造成金屬打不深。由于光學元件比邊緣膨脹大,出現(xiàn)淺,四周深現(xiàn)象(深度不一致)。
(3)薄片切割:根據(jù)不同的材料,脈沖光纖激光器切割薄片通常采用單次慢速或多次快這兩種方法。熱膨脹與冷卻回縮可以在很短時間(<1S)內(nèi)發(fā)生,因此切割時出現(xiàn)起始位置可以切穿,其它位置切不穿材料。
2、對焊接的影響
(1)金屬薄片點焊:對于高功率光纖激光器點焊金屬薄片,熱透鏡效應會造成焊點大小不一致,焊接不牢固性,拉拔力不夠。
(2)金屬連續(xù)焊:連續(xù)光焊接金屬相對于切割,反射率更高。高功率焊接時,熱透鏡效應會造成焊接前部分正常,后部分焊接深度淺或焊不透。焊接鋁和銅高反材料,熱透鏡效應更。
3、對切割的影響
(1)不銹鋼切割:不銹鋼切割時,熱透鏡效應會造成切割面不一致,掛渣越來越多,出現(xiàn)切割不斷問題。
(2)碳鋼切割:碳鋼切割時,熱透鏡效應會造成底部熔渣越來越多,切割不斷問題。
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