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激光切割加工如何有效地带走放电区气体的热量的能力

发布时间:2020-10-21人气:4

高功率CO2激光切割加工激光器的技术要求1.工作气体快速冷却二氧化碳激光切割加工激光器的电光转换效率是很高的,一般在10%~20%范围内。其余的放电功率通过电子与气体粒子的弹性碰撞使气体加热,温度升高,对于高功率激光器来说,气体温度升高更快。当工作气压温度达到300℃时,二氧化碳激光器的激光上、下能级因不存在粒子反转,所以无激光输出。

高功率CO2激光切割加工激光器的技术要求1.工作气体快速冷却二氧化碳激光切割加工激光器的电光转换效率是很高的,一般在10%~20%范围内。其余的放电功率通过电子与气体粒子的弹性碰撞使气体加热,温度升高,对于高功率激光器来说,气体温度升高更快。当工作气压温度达到300℃时,二氧化碳激光器的激光上、下能级因不存在粒子反转,所以无激光输出。实际情况是气体温度大于150℃时,电光转换效率已明显下降。为此,要求激光切割加工器件具备能快速、有效地带走放电区气体的热量的能力。 激光切割加工如何有效地带走放电区气体的热量的能力现在常用的有两种方法:(1)气体快速对流冷却采用激光风机和热交换器使冷却过的工作气体快速替代加热过的工作气体。冷却效应取决于气体的质量流量。质量流量为1g/s,能获得(120~150W激光功率。工业用轴快流和横流二氧化碳激光器激光切割加工都采用该技术(2)扩散传导冷却普通低功率二氧化碳激光器都采用这种冷却方法。气体的热量靠热传导由气体传给管壁,再由管壁传导给外层冷却水(或冷却油)以带走热量。由于工作气体的热传导率较低此冷却效果较差。普通管状二氧化碳激光器每米放电长度的激光输出功率最高约(50-80W/m。最近几年,提高激光功率的方法从长度放大概念转变为面积放大的概念。

 

大面积小极间距离均匀放电技术获得突破热量扩散到大面积金属电极上从而使放电区气体快速冷却效果很好。近期发展的高功率板条二氧化碳激光器已在工业中获得应用。大体积放电的均匀性和稳定性高功率气体放电中的电流电压、气体温度都较高辉光放电正柱区的热不稳定性和电弧收缩等现象较严重。如何保证大体积辉光放电的均匀性和稳定性是高功率二氧化碳激光器的关键技术之一。常用的技术有把大体积的放电区分成许多小的放电区分别加以控制。在横流二氧化碳激光器中常把阴极或阳极分成许多分电极;在轴快流二氧化碳激光器中常用许多段放电区串接的方法2)气体快速流动不稳定的扰动因素及时带出放电区。增加湍流以增加放电的均匀性增加预电离或外界电离源以增加放电的均匀性3.放电激励技术多样化除原有的直流放电(DC放电)激励技术外,今年发展了多种新的激励技术,它们是交流放电(AC放电),5~100kHz;射频放电(RF放电),10kHz~100MHz;微波放电用得最多是DC放电和RF放电。4.优良的光束质量光切割焊接等应用要求有优良的光束质量,特别是聚焦后的光束愈细愈好。在高功率激光器中,二氧化碳激光器是光束最好的一种。国际通用的质量光束的系数称为TDLTimes Diffraction LimitedTDUraio)。其定义为实际发散角与理想的极限发散角之比。

 

激光束在传输上有一个最小東腰处,其束腰直径为D,远场发散角与D之间的近似简单关系为≈A/Do式中,A为波长。理想的光束质量,即基模(TEM模)或高斯光束分布,D有最小值,θ是极限发散角。实际测量的发散角因光束畸变或有较高次模而大于极限发散角。因此TDL≥1.光束质量的其他方式还有TDL=M=Q=l/K1-21)国外已研制成标准的M2测试仪。商品化的高功率激光器都必须给出M2值(或TDL值)。常用的高功率千瓦级二氧化碳激光器的TDL值在1~3之间。实际报道的最好值为M2=k.2.衡量光束质量的另一重要指标是光束聚焦后光点的空间和时间的稳定性。它要求激光束的模式和功率长时间的稳定。常用二氧化碳激光器的光束稳定度≤0.2mrad要获得好的光束质量,在谐振腔设计上应该做到基模或低阶模的输出,同时气体的折射率和增益分布是轴对称(或圆对称的)。在外光路上也可用圆偏振镜以提高光束的旋转对称性。优良的红外光学元件在高功率状态下激光晶体输出窗口和全反射镜的热畸变和热破坏常是限制激光功率提高和光束质量改善的关键技术问题。如何提高全反射的反射率,减小膜层的光吸收,基材的选用和冷却、抛光、超精车等工艺问题也是很重要的。既能连续输出又能脉冲输出不同材料、不同路径的激光切割、焊接表面处理,往往要求激光束随时改变工作方式,有时要求连续输出,有时要求脉冲输出波形。


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