激光束模式的遠(yuǎn)程激光切割系統(tǒng)
關(guān)于強(qiáng)激光產(chǎn)生蒸汽壓力的機(jī)制,早在幾十年前激光鉆孔和匙孔穿透型激光深熔焊接時(shí)就為人所知,局部的蒸汽壓力是穿透性鉆孔的驅(qū)動(dòng)機(jī)理,并且用于產(chǎn)生和保持焊接中的匙孔。匙孔穿透型激光切割有20年的歷史,當(dāng)年一群科學(xué)家在弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所研究采用CO2激光器對(duì)鈑金做高速切割。然而,用CO2激光器進(jìn)行匙孔激光切割僅限于非常薄的板材,這是由于匙孔中形成強(qiáng)大的等離子體,這也在高功率CO2激光焊接中出現(xiàn)。
高亮度光纖激光器的聚焦性能及其波長,使得這類激光器能夠在厚板上進(jìn)行匙孔切割,因?yàn)楣饫w激光器比CO2激光器的切割速度快得多。因?yàn)榭梢愿行实貙⑷刍飶那懈钋把氐闹行木€除去,匙孔切割比通常的激光切割更高效;在前者的加工過程中,被熔化的材料會(huì)在激光束的前方流下去。這使得熔融層厚度更薄,因而確保從熔融表面能夠有效地傳導(dǎo)熱量,表面的熔體前沿吸收了激光,而且需要能量以熔化更多的材料。然而,在匙孔切割中,激光束周邊的熔融流體會(huì)引發(fā)質(zhì)量問題。熔化物從切割側(cè)邊流走,這將使切割質(zhì)量惡化,因?yàn)楣饫w激光器切割速度很快,但當(dāng)切厚度增加時(shí),切割質(zhì)量并不高。
在典型的激光切割和先進(jìn)的匙孔切割中,同軸氣體輔助方式是清除熔融物的唯一動(dòng)力;切口必須放大,以便減少通過切口處的壓力。這里,激光輻照所得到的壓強(qiáng)更大,并且在整個(gè)切口處都經(jīng)受著巨大的壓力。因此,能夠完全根據(jù)光路限制來設(shè)計(jì)定制激光束的新方法,它能切割出比采用先進(jìn)激光切割方式下更狹窄的切口。
迄今為止開展的實(shí)驗(yàn)
迄今為止,采用這種新方法開展的實(shí)驗(yàn)顯示出在大范圍變化的切割速率下有明確的質(zhì)量改進(jìn),并已證明,幾乎可以得到無毛刺切割的效果。這兩個(gè)項(xiàng)目的前景顯而易見。此外,單次遠(yuǎn)程激光熔化切割的結(jié)果(來自通快公司)已經(jīng)證明,激光干涉儀是用來做什么的?熔化物的去除只能通過激光輻照。
然而通快公司的解決方案是基于一個(gè)圓形的激光束,這要求通過散焦來實(shí)現(xiàn)上述工作機(jī)理。它不是理想的解決方案,因?yàn)檫@種條件下要求熔融物從激光束前方的切口排出去——已經(jīng)公開的結(jié)果清晰地顯示了這點(diǎn)。另一個(gè)遠(yuǎn)程切割技術(shù)經(jīng)由弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所(FraunhoferIWS)證明,即一個(gè)高度聚焦的圓形單模激光束在材料表面上掃描多次,進(jìn)行深度雕刻。這種技術(shù)只適用于薄板切割;由于需要多重掃描,掃描的優(yōu)勢(shì)或多或少喪失。
此項(xiàng)目的關(guān)鍵工作目前集中在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的計(jì)算和制造,為測(cè)試階段做準(zhǔn)備,并且在丹麥奧爾堡大學(xué)建立實(shí)驗(yàn)設(shè)施,其中包括了一臺(tái)3千瓦單模光纖激光器。
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