激光束模式的远程激光切割系统

关于强激光产生蒸汽压力的机制，早在几十年前激光钻孔和匙孔穿透型激光深熔焊接时就为人所知，局部的蒸汽压力是穿透性钻孔的驱动机理，并且用于产生和保持焊接中的匙孔。匙孔穿透型激光切割有20年的历史，当年一群科学家在弗劳恩霍夫激光技术研究所研究采用CO2激光器对钣金做高速切割。然而，用CO2激光器进行匙孔激光切割仅限于非常薄的板材，这是由于匙孔中形成强大的等离子体，这也在高功率CO2激光焊接中出现。

　　高亮度光纤激光器的聚焦性能及其波长，使得这类激光器能够在厚板上进行匙孔切割，因为光纤激光器比CO2激光器的切割速度快得多。因为可以更有效率地将熔化物从切割前沿的中心线除去，匙孔切割比通常的激光切割更高效；在前者的加工过程中，被熔化的材料会在激光束的前方流下去。这使得熔融层厚度更薄，因而确保从熔融表面能够有效地传导热量，表面的熔体前沿吸收了激光，而且需要能量以熔化更多的材料。然而，在匙孔切割中，激光束周边的熔融流体会引发质量问题。熔化物从切割侧边流走，这将使切割质量恶化，因为光纤激光器切割速度很快，但当切厚度增加时，切割质量并不高。

　　在典型的激光切割和先进的匙孔切割中，同轴气体辅助方式是清除熔融物的唯一动力；切口必须放大，以便减少通过切口处的压力。这里，激光辐照所得到的压强更大，并且在整个切口处都经受着巨大的压力。因此，能够完全根据光路限制来设计定制激光束的新方法，它能切割出比采用先进激光切割方式下更狭窄的切口。

　　迄今为止开展的实验

　　迄今为止，采用这种新方法开展的实验显示出在大范围变化的切割速率下有明确的质量改进，并已证明，几乎可以得到无毛刺切割的效果。这两个项目的前景显而易见。此外，单次远程激光熔化切割的结果（来自通快公司）已经证明，激光干涉仪是用来做什么的？熔化物的去除只能通过激光辐照。

　　然而通快公司的解决方案是基于一个圆形的激光束，这要求通过散焦来实现上述工作机理。它不是理想的解决方案，因为这种条件下要求熔融物从激光束前方的切口排出去——已经公开的结果清晰地显示了这点。另一个远程切割技术经由弗劳恩霍夫激光技术研究所（FraunhoferIWS）证明，即一个高度聚焦的圆形单模激光束在材料表面上扫描多次，进行深度雕刻。这种技术只适用于薄板切割；由于需要多重扫描，扫描的优势或多或少丧失。

　　此项目的关键工作目前集中在实验设计中的计算和制造，为测试阶段做准备，并且在丹麦奥尔堡大学建立实验设施，其中包括了一台3千瓦单模光纤激光器。
 

本文链接：https://goldlaser.cn/Read/69.html 转载需授权！