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激光加工设备的几个概念

激光加工设备的几个概念

1.前言

任何物质都由分子和原子组成。进一步分析,电子、质子、中子和其他颗粒存在于原子中。不同的电子绕原子核旋转距离可以将原子分为不同的能级。通常,原子处于最低能级状态称为基状态;能级高于基状态的状态称为刺激状态。当没有外部信号时,自发跳跃到低能状态时产生的光辐射被称为自发辐射。原高能E2颗粒受到外部能量(如光照射)光子的激励,发出与入射光子相同的光子,跳跃到低能E1。辐射光子的频率由两个能级之间的能量差决定,即H&=E2-E1。

原子在获得能量后处于不稳定状态(即刺激状态),并以光子的形式发射能量。这种激光辐射扩展是激光名称的起源,激光是光子队列的诱导(刺激),具有相同的光学特性和非常一致的步伐。


2.激光产生。

光的放大条件,①激励能源-不断将介质中的粒子从低能泵送到高能;②增益介质-在外部激励能源的作用下辐射光子。

光纤激光:固体激光是指以玻璃光纤(SiO2为基质材料)为增益介质的激光器,根据激光输出波长分为S-波段(1460~1530nm).C-波段(1530~1565nm).L-波段(1565~1610nm)。

二氧化碳激光:气体激光、二氧化碳激光,主要工作物质由二氧化碳、氮、氦三种气体组成。二氧化碳是一种产生激光辐射的气体。氮和氦是一种辅助气体。在放电过程中,由于电子的影响,放电管中混合气体中的氮分子受到刺激。此时,刺激性氮分子与二氧化碳分子发生碰撞,二氧化碳分子将能量传递给二氧化碳分子,二氧化碳分子从低能转移到高能,形成粒子数反转发射激光。

圆盘激光:固体激光,又称圆盘激光,与传统固体激光的本质区别在于激光工作物的形状。将传统固体激光器的棒状晶体改为圆盘晶体,将固体激光器推向新时代。圆盘激光器以其优良的光束质量和转换效率广泛应用于工业制造业。

半导体激光器以一定的半导体材料为工作物质产生激光的装置。其工作原理是通过一定的激励方式,在半导体物质(导带和价格带)之间或半导体物质与杂质(主或主)之间实现不平衡载流子的粒子数反转。当大量的电子和穴位复合物处于粒子数反转状态时,就会产生受激发射。常用的工作物质包括砷化镓(Gaas)极高的光泽。

激光加工设备的几个概念

使用比较:

1)YAG激光输出波长为1.06um,比CO2激光波长10.06μm小一个数量级,率高。加工性能好(800WYAG激光的有效功率相当于3KWCO2激光功率);

2)YAG激光器可与光纤相匹配。在时间分割和功率分割的帮助下,多路系统可以轻松地将一束激光传输到多个站或远程站,便于激光处理的灵活性;

3)YAG激光器可通过调Q和锁模技术获得短脉冲和超短脉冲,使其加工范围大于CO2激光器;

4)YAG激光结构紧凑,重量轻,使用简单可靠,维护要求低,应用前景看好。


光纤激光器的优点:

1)光纤激光切割机光电转换率高,综合电光效率高达20%以上,可大大节约运行成本;

2)光纤激光具有免调节、免维护、稳定性高的优点;

3)光纤激光器使用寿命长,维护相对简单;

4)结构简单,占地面积小。


光纤激光器的缺点:

1)相位稳定性不易做好;

2)非金属材料和厚板金属不能切割。


BPP(4/5kw):光束参数产品(光束参数乘积远场发散角半角×近场光束半径)

1)光纤激光器小于2.5,

2)YAG固体激光器约25,

3)CO2激光器达到6,

4)盘式激光器约8。


半导体泵的使用寿命:

1)光纤激光器可连续工作10万小时以上;

2)YAG固体激光器可工作约1000小时;

3)CO2激光预计约5万小时;

4)盘式激光器寿命约1万小时。


维护和运行费用/小时(4/5kw)

1)光纤激光器每小时2.

2.YAG固体激光器每小时35分。

3)CO2激光器每小时20.

4)碟片激光器每小时8.

光纤激光器是近年来发展迅速的固体激光器,具有独特的结构和创新。高质量的光束输出激光功率超过25kW。由于结构紧凑、维护简单、运行可靠,在许多领域逐渐取代了传统的ND:YAG激光和二氧化碳激光。


4.应用

1)切割速度快,热影响区小,工件切割部位热影响层深度为0.05~0.1mm,热畸变小。

2)切缝窄,一般为0.1~1mm,切缝质量好,切口边缘光滑,无塌边,无切割残渣。

3)切边无机械应力,工件变形极小。

4)无工具磨损,无接触能量损失,无需更换工具,切割过程易于自动控制。

5)激光束聚焦后功率密度高,可切割高熔点材料、硬脆材料等各种材料。

6)无需真空装置即可在大气或任何气体环境中切割。


LBW:激光束焊接。

1)激光能量密度高,特别有利于焊接高熔点、高导率材料。

2)焊缝深宽比大,比能小,热影响区小,焊件变形小,特别适用于精密热敏部件的焊接,常避免焊后矫形。

3)一般不填充金属。

4)激光可通过透明体焊接,防止杂质污染和腐蚀,适用于真空仪器元件的焊接。

5)焊接系统灵活,易于自动化。


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