YAG激光器的介绍.doc

YAG激光器切割机的介绍一 光学系统的介绍 光学系统包括YAG激光器、全反镜、半反镜、扩束镜组、聚焦切割头组件。 激光有能量密度，实际的切割效果决定于作用在工件表面的激光能量密度。为了能够很好地进行激光切割，必须进一步提高激光的能量密度。这有两种方法：一种是提高激光器的激光输出功率，一种是将激光器发出的激光束进一步变细或激光束模式调整，这需要一套光学的系统如下聚焦切割头组件 扩束镜 半反镜 YAG激光器 全反镜 激光准直二 切割工艺介绍激光切割工艺由激光器输出波长为1064nm的激光束经扩束通过聚焦透镜组聚焦在加工物体的表面上，形成一个个细微的、高能量密度的光斑作用在物体表面，经高能量光点熔融、蒸发金属材料，并通过高压保护气体（N2）挤压带走溶渣或助燃气体（O2）助燃使作用点瞬间熔融能量加强，提高激光加工能力激光切割工艺分类：1. 汽化切割2. 无氧熔化切割3. 氧助熔化切割4. 控制断裂切割1. 汽化切割： 当聚焦到材料表面的激光功率密度非常高时，与热传导相比，材料表面的温度上升极快，直接达到汽化温度，而没有熔化产生如飞秒激光切割任何材料都属于汽化切割，或连续激光切割一些低汽化温度的材料如木材，碳素及某些塑料2.无氧熔化切割当激光切割材料时，若所吹辅助气体为惰性气体，熔化的材料将不会与空气中的氧气接触，也就不会产生化学反应。故称为无氧熔化切割。因此在同等条件下，无氧熔化切割所需的激光能量将比氧助熔化切割的高。3.氧助熔化切割当激光切割金属材料时，若所吹辅助气体为氧气或含氧的混合气体，被激光加热的金属材料产生氧化放热反应，这样在激光能量外就产生了另一个热源金属化学反应产生的热能，并且两个热能共同完成材料的熔化及切割，称之为氧助熔化切割。一般讲，氧气流的速度越高，金属材料氧化放热反应，就越激烈。产生的熔渣被高速的氧气流排出越彻底，可以得到较高的切割速度，但氧气流的速度太高，气流会带走太多的热能，导致熔化金属冷却，使金属的氧化反应速度减缓，会产生切不透的现象。4.控制断裂切割对于容易受热破坏的脆性材料，通过激光束加热进行高速、可控的切断，称为控制断裂切割。这种切割过程主要内容是：激光束加热脆性材料小块区域，引起该区域大的热梯度和严重的机械变形，导致材料形成裂缝。只要保持均衡的加热梯度，激光束可引导裂缝在任何需要的方向产生。激光划片：激光划片主要是指刻划硅片，陶瓷基片、金刚石薄膜、太阳能电池等都属于控制断裂切割。三、影响激光切割效果的因素1.工件特性及激光波长对切割效果影响很大:因为它们直接影响材料对激光能量的吸收率。吸收率大小决定着激光加工的能量利用率。一般非金属材料对紫外激光和10600NM的CO2激光的吸收率很大。不同的金属材料对不同的波长的激光的吸收率变化很大2.工艺参数的影响：气嘴大小、气流、辅助气体、切割速度、能量大小频率高低、焦点位子、穿孔时间、程序设计（切割路径优化）等。3.激光模式的好坏及光束质量、光路是否偏离都对切割效果有影响。四、常用材料的激光切割特性不同的材料激光切割的特性也不一样，因为对激光的吸收率不相同。现在主要讲下金属类的材料激光切割。下图为不同的金属对不同的波长激光吸收率 普通碳钢的激光切割低碳钢最适合用氧助熔化激光切割。低碳钢含有99%以上的铁，铁的氧化反应产生大量的热，可以减小对激光的能量要求；另氧气可自由穿过氧化反应造成的氧化铁层进入熔化材料。因氧化的熔渣的黏度低，很容易被气流吹走。所以激光切割低碳钢速度高切口较好、光洁不锈钢的激光切割不锈钢一般采用高压氮气辅助切割，需要的激光能量较高，切口白亮不会氧化不变色且毛刺很少。如用氧气切割，在相同的激光能量下，速度可更快，但切口被氧化发黑。不同型号的不锈钢，可能切割参数略有不同，效果也略有差别。因为不锈钢含铬或者镍的成分不一样。镍合金的激光切割对镍合金的激光切割同不锈钢的切割差不多，但由于熔融态的镍的黏度较高，更容易引发熔渣黏在背面的害缝上，也就是容易产生毛刺，一般情况下用氧气切割。钛及其合金的激光切割因为钛的氧化反应放大量的热能，氧气切割会产生剧烈反应，虽然速度较快，但很容易引起切口过烧，一般采用空气为辅助切割，背面有少量毛渣产生，但很容易清除，这样便于控制切割效果。也可吹氮气切割，减少氧化污染问题，但切口有热影响易改变材料的力学性能。铝及其合金的激光切割由于铝及其合金对YAG激光有较高的反射率，一般用的激光能量都比切割碳钢、不锈钢的能量要高。切割可以吹空气。切口比较白亮，但无论吹空气还是氮气切割，背面都有少量的粉沫状的毛刺，却是很容易去除铜材料的激光切割铜跟铝很相似，对激光有较高的反射率，较薄的黄铜还是比较好切割，但红（紫）铜需要吹氧气可以较好的切割。背面会有毛刺，很容易刮掉贵金属（金、银）激光切割跟铜极为相似，需要吹氧气切割YAG激光切割机的一些基本参数 下面以200w的激光器为例材料厚度速度不锈钢 碳钢0.1-0.330mm/s不锈钢 碳钢0.520mm/s不锈钢 碳钢0.815mm/s不锈钢 碳钢1.012mm/s不锈钢 碳钢1.58mm/s不锈钢 碳钢2.05mm/s总结 YAG激光切割机切割不锈钢时通常只采用空气和氮气而不采用氧气，对切面质量有较高要求的情况下采用较大压力的氮气，可以得到较细的缝宽和较光洁的断