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大幅面圆管激光切割机热透镜效应对切割加工的影响 2021-11-03
大幅面圆管激光切割机热透镜效应对切割加工的影响

【现象】

激光束穿过不干净的加工透镜或PR镜等光学元件时,镜上的污渍会吸收激光束。光学元件吸收了激光束后,温度会上升甚至发生变形,折射率也会发生变化,

        


结果就如图2.3-1所示,加工透镜的聚光能力下降、焦点位置发生变化。光学元件的污渍所吸收的激光束的比例称为光束吸收率,即使加工透镜是新的,光学元件也多少会吸收一些光束,新透镜的吸收率约为0.2%.



【对加工的影响】


图2.3-2所示为用三种污渍程度不同、吸收率也不同的加工透镜进行切割实验的结果。吸收率越高,说明加工透镜污渍越多。切割条件参数为:输出功率2300W、切割速度1200mm/min,切割对象是12mm厚的碳钢材料。

具体做法是把每个加工透镜分别安装在加工头上,分别让激光束先照射0~30s后再进行切割,然后测量切缝的宽度(见图2.3-3).




图2.3-2各点所示分别为:

①照射激光束后,立即进行切割;

②照射5s后,立即进行切割;

③照射10s后,立即进行切割;

④照射20s后,立即进行切割;

⑤照射30s后,立即进行切割。

无论使用哪种加工透镜进行切割,结果都是①,即在照射激光束后立即进行切割时,由于此时加工透镜还处于冷却状态,切缝宽度都是基本相同的,在0.5mm左右。但是,随着激光束照射时间的增加,透镜不同,吸收率的差异就表现出来了。吸收率越高,焦点位置的偏移量就越大,切缝宽度也就变得越宽。从一开始照射到照射10s左右时,激光束焦点变化急遽,而后变化渐慢。




图2.3-4所示为使用吸收率为1.14%的加工透镜,照射激光束后,立即进行切割时的切缝宽(图a)和激光束照射30s后,进行切割时的切缝宽(图b).其中B的一个方向上的切口处产生了加工缺陷,这说明激光模式在圆整度

上出现了紊乱。如果透镜脏到实验中所用加工透镜的状态时,即吸收率高达1.14%时,则加工透镜是很难仅靠清洗就能把吸收率完全恢复到原来状态的。


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