简析延长激光管的寿命

简析延长激光管的寿命 要延长激光管的寿命 须注意以下几点 1 尽量减少激光器开启关闭的次数 2 在能达到切割要求的情况下 尽量减小使用功率 3 非工作时间 关闭激光器 4 尽量保证工作场所的温湿度满足设备使用要求 使用工业循环恒温水箱 5 镜片保持清洁 不要有灰尘 污垢 以免损耗激光能量 激光切割中常见问题及解决办法 激光切割中常见问题及解决办法 1 切割穿孔技术 任何一种热切割技术 除少数情况可以从板边缘开始外 一般都必须在板上穿一个小孔 之前在激光 冲压复合机上是用冲头先冲出一个孔 然后再用激光从小孔处开始进行切割 对于没有冲压装置的激光切 割机有两种穿孔的基本方法 爆破穿孔 材料经连续激光的照射后在中心形成一个凹坑 然后由与激光束同轴的氧流很快将熔融 材料去除形成一个孔 一般孔的大小与板厚有关 爆破穿孔平均直径为板厚的一半 因此对较厚的板爆破 穿孔孔径较大 且不圆 不宜在加工精度要求较高的零件上使用 只能用于废料上 此外由于穿孔所用的 氧气压力与切割时相同 飞溅较大 脉冲穿孔 采用高峰值功率的脉冲激光使少量材料熔化或汽化 常用空气或氮气作为辅助气体 以 减少因放热氧化使孔扩展 气体压力较切割时的氧气压力小 每个脉冲激光只产生小的微粒喷射 逐步深 入 因此厚板穿孔时间需要几秒钟 一旦穿孔完成 立即将辅助气体换成氧气进行切割 这样穿孔直径较 小 其穿孔质量优于爆破穿孔 为此所使用的激光器不但应具有较高的输出功率 更重要的是光束的时间 和空间特性 因此一般横流 CO2激光器不能适应激光切割的要求 此外脉冲穿孔还须要有较可靠的气路控制 系统 以实现气体种类 气体压力的切换及穿孔时间的控制 在采用脉冲穿孔的情况下 为了获得高质量的切口 从工件静止时的脉冲穿孔到工件等速连续切割的 过渡技术应加以重视 从理论上讲通常可改变加速段的切割条件 如焦距 喷嘴位置 气体压力等 但实 际上由于时间太短改变以上条件的可能性不大 在工业生产中主要采用改变激光平均功率的办法比较现实 具体方法是改变脉冲宽度 改变脉冲频率 同时改变脉冲宽度和频率 实际结果表明 第3种效果最好 2 切割加工小孔 直径小与板厚 变形情况的分析 这是因为机床 只针对大功率激光切割机 在加工小孔时不是采取爆破穿孔的方式 而是用脉冲穿孔 软穿刺 的方式 这使得激光能量在一个很小的区域过于集中 将非加工区域也烧焦 造成孔的变形 影响加工质量 这时我们应在加工程序中将脉冲穿孔 软穿刺 方式改为爆破穿孔 普通穿刺 方式 加 以解决 而对于较小功率的激光切割机则恰好相反 在小孔加工时应采取脉冲穿孔的方式才能取得较好的 表面光洁度 3 激光切割低碳钢时 工件出现毛刺的解决方法 根据 CO2激光切割的工作和设计原理 分析得出以下几点原因是造成加工件产生毛刺的主要原因 激光 焦点的上下位置不正确 需要做焦点位置测试 根据焦点的偏移量进行调整 激光的输出功率不够 需要 检查激光发生器的工作是否正常 如果正常 则观察激光控制按钮的输出数值是否正确 加以调整 切割 的线速度太慢 需要在操作控制时加大线速度 切割气体的纯度不够 需要提供高质量的切割工作气体 激光焦点偏移 需要做焦点位置测试 根据焦点的偏移量进行调整 机床运行时间过长出现的不稳定性 此时需要关机重新启动 4 激光切割加工不锈钢和敷铝锌板时 工件有毛刺产生的分析 以上情况的出现 首先考虑切割低碳钢时出现毛刺的因素 但不可简单地加快切割速度 因为增加速 度有时会出现板材切割不穿的情况 此种情况在加工敷铝锌板时尤为突出 这时应综合考虑机床的其他因 素加以解决 如喷嘴是否要更换 导轨运动不稳定等 5 激光未完全切割透状态的分析 分析后可以发现下面的几种情况是产生加工不稳定的主要情况 激光头喷嘴的选择与加工板厚不匹配 激光切割线速度过快 需要操作控制减小线速度 另外 还需要特别注意的是 在 L3030激光切割机切割 5mm 以上碳素钢板时需要更换7 5 焦距的激光镜片 6 切割低碳钢时出现非正常火花的解决方法 这种情况会影响零件的切割断面光洁度加工质量 此时在其他参数都正常的情况下 应考虑以下情况 激光头喷嘴 NOZZEL 的损耗 应及时更换喷嘴 在无新喷嘴更换的情况下 应加大切割工作气体压力 喷嘴 与激光头连接处螺纹松动 此时应立即暂停切割 检查激光头连接状态 重新上好螺纹 7 激光切割加工时穿刺点的选择 激光切割加工时激光束的工作原理是 在加工过程中 材料经连续激光的照射后在中心形成一个凹坑 然后由与激光束同轴的工作气流很快将熔融材料去除形成一个孔 此孔类似于线切割的穿线孔 激光束以 此孔为加工启始点进行轮廓切割 通常情况下飞行光路激光束的走线方向和被加工零件切割轮廓的切线方 向垂直 因此 激光束在开始穿透钢板时到进入零件轮廓切割的这一段时间 其切割速度在矢量方向上将有一 个很大的改变 即矢量方向的90 旋转 由垂直于切割轮廓的切线方向转为与切割轮廓的切线重合 即与 轮廓切线的夹角为0 这样就会在被加工材料的切割断面上流下比较粗糙的切割面 这主要是在短时间内 激光束在移动中的矢量方向变化很快所至 因此在采用激光切割加工零件时就要注意这方面的情况 一般 在设计零件对表面切割断口没有粗糙度要求时 可以在激光切割编程时不做手动处理 让控制软件自动产 生穿刺点 但是 当设计对所要加工的零件切割断面有较高粗糙度要求时 就要注意到这个问题 通常需 要在编激光切割程序时对激光束的启始位置做手动调整 即人工对于穿刺点的控制 需要把激光程序原来 产生的穿刺点移到需要的合理位置 以达对加工零件表面精度的要求 激光切割钣金件是一项先进的制造加工技术 不仅可以大大降低研发周期 模具制造成本 而且提高 了质量及生产效率 有利于改善制造行业的技术及设备革新 实际应用中 需要我们在不断地积累经验 不断地了解和实践 让这项新技术为我们的生产力提高发挥应有的贡献 激光切割技术的明显优点 激光切割技术的明显优点 1 切割速度快 例如采用2kW 激光功率 8mm 厚的碳钢切割速度为1 6m min 2mm 厚的不锈钢切割速 度为3 5m min 热影响区小 变形极小 2 切割质量好 切口宽度窄 一般为0 1 0 5mm 精度高 一般孔中心距误差0 1 0 4mm 轮廓尺寸 误差0 1 0 5mm 切口表面粗糙度好 一般为12 5 25 m 切缝一般不需要再加工即可焊接 3 从技术经济角度不宜制造模具的金属钣金件 特别是轮廓形状复杂 批量不大 一般厚度小于 12mm 的低碳钢 小于6mm 厚的不锈钢 以节省制造模具的成本与周期 4 清洁 安全 无污染 简述激光切割技术以及激光切割的精度 大多数有机与无机都可以用激光切割 在工业制造占有分量很重的金属加工业 许多金属材料 不管 它具有什么样的硬度 都可进形无变形切割 目前使用最先进的激光切割系统可切割工业用钢的厚度已可接 近20mm 当然 对高反射率材料 如金 银 铜和铝合金 它们也是好的传热导体 因此激光切割很困难 甚至不能切割 某些难切割材料可使用脉冲波激光束进行切割 由于极高的脉冲波峰值功率 会使材料对光 束的吸收系数瞬间急剧提高 激光切割无毛刺 皱折 精度高 优于等离子切割 对许多机电制造行业来说 由于微机程序的现代 化激光切割系统能方便切割不同形状与尺寸的工件 工件图纸也可修改 它往往比冲切 模压工艺更被优 先选用 尽管它加工速度慢于模冲 但它没有模具消耗 无需修理模具 还节约更换模具时间 从而节省 加工费用 降低产品成本 所以从总体上讲在经济上更为合算 另一方面 从如何使模具适应工件设计尺寸和形状变化角度看 激光切割也可发挥其精确 重现性好 的优势 作为层叠模具的优先制造手段 由于不需要高级模具制作工 激光切割运转费用也并不昂贵 因 此还能显着地降低模具制造费用 激光切割模具还带来的附加好处是模具切边会产生一个浅硬化层 热影响 区 提高模具运行中的耐磨性 激光切割的无接触特点给圆锯片切割成形带来无应力优势 由此提高了使 用寿命 常用工程材料的激光切割 1 金属材料的激光切割 虽然几乎所有的金属材料在室温对红外波能量有很高的反射率 但发射处于远红外波段1 064um 光束的 灯泵浦 ND YAG 激光器及10 6 mCO2激光器还是成功的应用于许多金属的激光切割实践 2 非金属材料的激光切割10 6 m 波长的 CO2激光束很容易被非金属材料吸收 导热性不好和低的蒸发 温度又使吸收的光束几乎整个输入材料内部 并在光斑照射处瞬间汽化 形成起始孔洞 进入切割过程的 良性循环 激光切割的精度 激光切割的精度由多方面因素组成 1 激光束通过聚焦后的光斑的大小 激光束聚集后的光斑越小 切割精度越高 特别是切缝较小 最小的光斑可达0 01mm 2 工作台的走位精度决定着切割的重复精度 工作台精度越高 切割的精度越高 3 工件厚度越大 精度越低 切缝越大 由于激光光束为锥形 切缝也是锥形 厚度0 3MM 的不锈钢比2MM 的切缝小的多 4 工件材质对激光切割精度有一定影响 同样情况下 不锈钢要比铝的切割精度高 切面光滑一些 激光切割机的切割质量好 切口宽度窄 一般为0 1 0 5mm 精度高 一般孔中心距误差0 1 0 4mm 轮廓尺寸误差0 1 0 5mm 切口表面粗糙度好 一般 Ra 为12 5 25 m 切缝一般不需要再加工即可焊接 半导体泵浦激光器的优点 灯泵浦激光器与半导体泵浦激光器比较 半导体及灯泵浦激光器都是采用 ND YAG 掺钕钇铝石榴石 晶体作为激光产生的材料 它可将808nm 的可见光转换为1064nm 的不可见的激光 但输出激光的另一个更关键的因素是使晶体棒输出激光的泵浦源 半导体泵浦是利用半导体二极管发出808nm 的光波 而灯泵浦是利用氪灯发出的光来泵浦 但氪灯发出的光 的光谱较广 只是在808nm 处有一个稍大的峰值 其它波长的光最后都变成无用的热量散发掉了 因此半导体泵浦的激光器的转换效率比灯泵浦要高得多得多 优点如下 一 免维护不需换氪灯 半导体二极管的寿命长 其额定的工作时间大于10000小时 而氪灯的寿命只有几百小时 一般在400 600小时左右 所以灯泵浦激光器在工作一段时间后 都需要更换氪灯 尤其是对于金属类打标 所需的 能量较大 氪灯的寿命会更受影响 因此半导体泵浦激光器又称为免维护激光器 意指其工作无耗材 在 相当长的时间内不需要维护 二 省电 由于半导体泵浦的转换效率高 模式好 更易聚焦出高能量的更小面积的光点 标记同样的物体时 其所需的外部能量会更小 同时其产生的废热也远远小于灯泵浦激光器 决定了其不需要灯泵浦激光器那 样庞大的冷却系统 所以半导体泵浦的激光器系统的功耗比灯泵浦小得多 由于半导体二极管几乎只发一种波长的光 所以由它泵浦产生的激光的单色性更好 激光的模式更佳 好的激光模式会使激光聚焦后的光点更小 能量更集中 取得更好的标记效果 四 体积小 半导体激光模块本身体积小巧 加上其激光模式好 因此半导体泵浦激光器的体积比灯泵浦激光器的 体积小近三分之一 半导体泵浦激光器产生废热少 所需冷却系统小 一般只需一匹的冷水机即可 需灯 泵浦激光器一般都需要2匹以上的冷水机 同时需要较大水泵以提供较大的冷却水流 因此其运行灯泵浦激 光标记机的运行噪音较大 同时庞大的冷水机会产生更多的热量 尤其在南方夏季 环境气温较高 这些 多余的热量会使工人的工作环境更恶劣 或者需要更多的空调系统来调节工作环境的温度 增大了生产成 本 总之使用半导体激光器比采用灯泵浦激光器 虽然每台打标机的价格稍高 但每台打标机3年内的使用 成本可以准确计算出的就会节省11 905万元人民币 这还不包括换灯造成停工待机从而影响生产的损失 用户可自行计算 换灯人员的开支 以及灯质量不齐造成的浪费 维护生产环境增加的空调降温费用等 等 系统特性 1 激光波长 1064nm 2 激光功率 半导体泵浦固体激光模块 平均功率 50W 3 调制频率 1 50KHz 4 打标速度 0 7000mm s 5 打标深度 0 01 0 6mm 视材料可调 6 打标线宽 0 02 0 2mm 7 打标范围 F65 F140mm 还可满足更大特殊要求 激光切割的主要特性简介 1 激光切割是一种高能量 密度可控性好的无接触加工 激光束聚焦后形成具有极强能量的很小作用点 把它应用于切割有许多特点 首先 激光光能转换成惊人的热能保持在极小的区域内 可提供 1 狭的直边割缝 2 最小的邻近切边的热影响区 3 极小的局部变形 其次 激光束对工件不施加任何力 它是无接触切割工具 这就意味着 1 工件无机械变形 2 无刀具磨损 也谈不上刀具的转换问题 3 切割材料无须考虑它的硬度 也即激光切割能力不受被切材料的硬度影响 任何硬度的材料都可 以切割 再次 激光束可控性强 并有高的适应性和柔性 因而 1 与自动化设备相结合很方便 容易实现切割过程自动化 2 由于不存在对切割工件的限制 激光束具有无限的仿形切割能力 3 与计算机结合 可整张板排料 节省材料 2 激光切割具有广泛的适应性和灵活性 与其它常规加工方法相比 激光切割具有更大的适应性 首先 与其他热切割方法相比 同样作为热切割过程 别的方法不能象激光束那样作用于一个极小的 区域 结果导致切口宽 热影响区大和明显的工件变形 激光能切割非金属 而其它热切割方法则不能 1 氧 可燃体 如乙炔 切割 这种方法主要用于切割低碳钢 由于它热输入影响大 切割速度低 很少被用来切割20MM 以下要求尺寸精确的材料 2 等离子切割 切割速度明显快于氧乙炔切割 但切割质量较差 切边顶部呈圆头状 切边明显起 波浪形 还要防止电弧产生的紫外线辐射 它稍优于激光切割之处在于适合切割较厚钢板和对光束反射率 高的铝合金等 3 模冲 大量生产零件用模冲方法成本低 生产周期短 但它对设计上的变化的适应性很差 新的 模具需要长时间设计 造价高 对中 小规模的生产来说 激光切割的特点就会充分显示 另外 激光程 控切割便于工件紧密编排 节省材料 而模冲则需要每个工件周围预留材料 4 复杂零件分段冲切 一般情况下 冲床经常要冲切比模具尺寸大得多的工件 有些工件还很复杂 这就导致切边呈许多小贝壳状刃口 需要第二次预备性加工整修 另外冲头会形成比激光切割宽得多的切 口 产生大量铁屑 5 锯切 切割薄金属 其速度明显比激光切割慢 而且激光作为一个灵活的无接触 仿形切割工具 可从材料的任何一点开始切向任何方向切割 这一点 锯切是难以做到的 6 电加工 一般 有利用电腐蚀或熔解效应的电火花和电化学加工两种方法 用于坚硬材料的精细 加工 切口粗糙度较好 但切割速度要比激光切割速度慢几个数量级 7 水切割 可切割许多金属材料 但费用很高 3 激光切割的切缝窄 工件变形小 激光束聚焦成很小的光点 使焦点处达到很高的功率密度 这时光束输入的热量远远超过被材料反射 传导或扩散的部分 材料很快加热至汽化程度 蒸发形成孔洞 随着光束与材料相对线性移动 使孔洞连 续形成宽度很窄的切缝 切边受热影响很小 基本没有工件变形 切割过程中还添加与被切材料相适合的辅助汽体 钢切割时利用氧作为辅助汽体与熔融金属产生放热 化学反应氧化材料 同时帮助吹走割缝内的熔渣 切割聚丙烯一类塑料使用压缩空气 棉 纸等易燃材料 切割使用惰性汽体 进入喷嘴的辅助汽体还能冷却聚焦透镜 防止烟尘进入透镜座内污染镜片并导致镜片 过热 大多数有机与无机材料都可以用激光切割 在工业制造系统占有份量很重的金属加工业 许多金属材 料 不管它是什么样的硬度 都可以进行无变形切割 当然 对高反射率材料 如金 银 铜和铝合金 它们也是好的传热导体 因此激光切割很困难 甚至不能切割 激光切割无毛刺 皱折 精度高 优于等离子切割 对许多机电制造行业来说 由于微机程序控制的 现代激光切割系统能方便切割不同形状与尺寸的工件 它往往比冲切 模压工艺更被优先选用 尽管它加 工速度还慢于模冲 但它没有模具消耗 无须修理模具 还节约更换模具时间 从而节省了加工费用 降 低了生产成本 所以从总体上考虑是更合算的 另一方面 从如何使模具适应工件设计尺寸和形状变化角度看 激光切割也可发挥其精确 重现性好 的优势 作为层叠模具的优先制造手段 由于不需要高级模具制作工 激光切割运转费用也并不昂贵 因 此还能明显的降低模具制造费用 激光切割模具还带来的附加好处是模具切边会产生一个浅硬化层 热影 响区 提高模具运行中的耐磨性 激光切割的无接触特点给圆锯片切割成形带来无应力优势 由于提高了 锯片使用寿命 半导体泵浦激光器的类别 半导体泵浦固体激光器的种类很多 可以是连续的 脉冲的 调 Q 的 以及加倍频混频等非线性转换 的 工作物质的形状有圆柱和板条状的 而泵浦的耦合方式可分为端面泵浦和侧面泵浦 其中端面泵浦又 可分为直接端面泵浦和光纤耦合端面泵浦两种结构 1 侧面泵浦固体激光器 侧面泵浦 Side Pump 固态激光器激光头是由三个二极管泵浦模块围成一圈组成泵浦源 每个泵浦模 块又由3个带微透镜的二极管线阵组成 每个线阵的输出功率平均为20W 输出波长为808nm 该装置采用玻璃 管巧妙地设计了泵浦腔和制冷通道 玻璃管的表面大部分镀有808nm 的高反膜 剩余的部分呈120 镀有三 条808nm 增透膜 这样便形成了一个泵浦腔 半导体泵浦源发出的光经过三对光束整形透镜会聚到这三条镀增透膜的狭长区域内 然后透过玻璃管 的管壁 被晶体吸收 由于玻璃管大部分区域镀有高反膜 使得泵浦光进入泵浦腔以后 便在其中来回的 反射 直至被晶体充分地吸收 而且在晶体的横截面上形成了均匀的增益分布 2 端面泵浦固体激光器 端面泵浦方式最大的优点就是容易获得好的光束质量 可以实现高亮度的固体激光器 端面泵浦的效 率较高 这是因为 在泵浦激光模式不太差的情况下 泵浦光都能由会聚光学系统耦合到工作物质中 耦合 损失较少 另一方面 泵浦光也有一定的模式 而产生的振荡光的模式与泵浦光模式有密切关系 匹配的 效果好 因此 工作物质对泵浦光的利用率也相对高一些 正是由于端面泵浦方式效率高 模式匹配好 波长匹配的优点近年来在国际上发展极为迅速 已成为 激光学科的重点发展方向之一 它在激光打标 激光微加工 激光印刷 激光显示技术 激光医学和科研 等领域都有广泛的用途 具有很大的市场潜力 激光切割技术中的特点 原理 激光切割特点 速度快 切口光滑平整 一般无需后续加工 切割热影响区小 板材变形小 切缝窄 0 1mm 0 3mm 切口没有机械应力 无剪切毛刺 加工精度高 重复性好 不损伤材料表面 数控编程 可加工任意的平面图 可以对幅面很大的整板切割 无需开模具 经济省时 激光可切割的材料很多 包 括有机玻璃 木板 塑料等非金属板材 以及不锈钢 碳钢 合金钢 铝板等多种金属材料 脉冲激光适 用于金属材料 连续激光适用于非金属材料 后者是激光切割技术的重要应用领域 激光切割原理 激光切割是利用高功率密度的激光束扫描过材料表面 在极短时间内将材料加热到几 千至上万摄氏度 使材料熔化或气化 再用高压气体将熔化或气化物质从切缝中吹走 达到切割材料的目 的 选择钣金切割设备 激光切割机的技巧 激光切割是钣金加工的一次工艺革命 是钣金加工中的 加工中心 激光切割柔性化程度高 切割速 度快 生产效率高 产品生产周期短 为客户赢得了广泛的市场 激光切割无切削力 加工无变形 无刀 具磨损 材料适应性好 不管是简单还是复杂零件 都可以用激光一次精密快速成形切割 其切缝窄 切 割质量好 自动化程度高 操作简便 劳动强度低 没有污染 可实现切割自动排样 套料 提高了材料 利用率 生产成本低 经济效益好 该技术的有效生命期长 目前在国外超过2毫米厚度的板材大都采用激 光切割 许多国外的专家一致认为今后30 40年是激光加工技术发展的黄金时期 是钣金加工发展的方向 一般来讲 建议20mm 以内的碳钢板 10mm 以内的不锈钢板及亚克力 木板等非金属材料切割推荐使用 激光切割 激光切割机选型要考虑的因素很多 除了要考虑目前加工工件的最大尺寸 材质 需要切割的最大厚 度以及原材料幅面的大小外 更多的需要考虑未来的发展方向 比如 所做产品的技术改型后要加工的最 大工件大小 钢材市场所提供材料的幅面针对自己的产品哪种最省料 上下料时间等等 激光切割机的组成和决定切割质量的工艺参数 激光切割机系统一般由激光发生器 工作台 机床 外 光束传输组件 微机数控柜 冷却器和计 算机 硬件和软件 等部分组成 1 激光发生器 对于激光切割机的用途而言 除了少数场合采用 YAG 固体激光器外 绝大部分采用电 光转换效率较高 并能输出较高功率的 CO2气体激光器 由于激光切割机工作时对光束质量要求很高 所以不是所有的激光器 都能用作切割的 2 数控切割机床 由三部分组成 即工作台 一般为精密机床 光束传输系统 有时称外光路 即激光器发出的光束到 达工件前整个光程内光束的传输光学 机械构件 和微机数控系统 按切割柜与工作台相对移动的方式 可分为以下三种类型 1 在切割过程中 光束 由割炬射出 与工作台都移动 一般光束沿 Y 向移 工作台在 X 向移 2 在切割过程中 只有光束 割炬 移动 工作台不移动 3 在切割过程中 只有工作台移动 而光束 割炬 则固定不动 3 五轴机 工业生产中有时遇到需要切割三维立体构件的问题 而一般的二轴 三轴激光切割机只能切割二维平 面工件 这就需要装备有机械手的切割机 即五轴机 4 激光冲切机 多年来 国外发展了综合激光切割机和机械冲孔技术的激光冲切机 这种机械对复杂形状的工件用机 械方法模冲出内孔 然后用激光切割方法切出外缘和需要长距离切割的线条 工件在切割前 对其进行激光切割的可行性以及切割过程中可能出现的问题要预先予以考虑 比如 此类材料可否进行激光切割 其切割的难点在哪里 是否需要对样品进行试割 如何达到切割的质量和精 度的要求 工件切割的基准起始点放在哪里 等等 决定激光切割机切割质量的因素很多 激光切割的一个重要优点在于可以对过程中的主要因素实施高 度控制 使切割出的工件充分满足客户的要求 并且重复性很好 这些主要因素由切割速度 焦点位置 辅助气体压力 激光输出功率等工艺参数构成 Nd YAG 晶体的主要用途 Nd YAG 晶体 激光晶体 化学分子式 Y3 3XNd3xAl5O12 x 为 Nd 的掺杂浓度 中文化学名 掺钕钇铝石榴石 由于 YAG 晶体具有光学均匀性好 机械性能好 物化稳定性高 热导性好等优点 目前仍是固体激光 器的首选材料 因此广泛用于工业 医疗 科研 通讯和军事等领域 如激光武器 激光测距 激光医疗 激光美容 激光目标指示 激光探测 激光打标 激光加工 包括激光切割 激光打孔 焊接以及激光内 雕等 等等 发展制造业的主力军 激光加工 金属加工和电子产品制造是激光加工最大的两个应用领域 分别占整个市场的1 3以上 在国内 激光加工技术一直是国家重点支持和推动应用的一项高新技术 特别是政府强调要振兴制造 业 这就给激光加工技术应用带来发展机遇 因为它涉及国家安全 国防建设 高新技术的产业化和科技 前沿的发展 在国家制定中长远期发展规划时 又将激光加工列为关键支撑技术 这就把激光加工提升到 很高的重视程度 中国光学光电子行业协会顾问邓树森主任多次指出 要振兴制造业 拉动经济 振兴制造业不是振兴 车铣刨磨 铸锻热焊 急需多学科集成综合设备 激光加工 超声加工 辐射加工 电子束加工等 而激光加工是推动制造业振兴的主力军 激光加工的应用范围越来越广 产业规模也越来越大 激光技术 对振兴制造业有巨大的发展空间 工业领域会越来越多地采用激光加工技术 激光加工将伴随科技创新的需 要跨越发展 平面激光切割机的结构 按照切割头与工作台相对移动的方式 数控激光切割机可分为光束固定形式即定光路 光束移动形式 即飞行光路和半固定半移动混合形式的混合光路三种类型 另外还有一种铰接活动臂固定光程飞行光束传 输形式 被称为恒定飞行光路 简称为恒光路 采用飞行光路的切割机 在切割过程中 只有切割头沿 X Y 方向移动 工作台位置固定不动 这类切 割机加工的板材尺度大 质量大 设备占地面积小 加工工件无需夹紧 上 下料方便 机器加速性能佳 定位精度高 所以备受市场推崇 称为国际市场主流机型 平面切割机种类很多 现代激光切割机常见的几种典型结构主要有龙门框架移动式飞行光路结构 横 梁移动式飞行光路 横梁倒挂移动式飞行光路 悬臂移动式飞行光路结构 定梁龙门式半飞行光路 十字 工作台移动式的定光路 龙门式和悬臂式恒光路 机器人结构形式和大幅面的机载式混合光路 激光柔性 加工系统等 无论是哪种激光切割机都有自身的特点和优 势 用户在选用设备时可根据自己的生产特点选 配相应的激光设备 就切割设备的结构而言 床身大件的材料有铸件结构 焊接结构 还有大理石结构 横梁采用铝合金 铸件或焊接件及其型材 其他部件还有选用工程塑料 玻璃钢和不锈钢等材质的应用等 设备所配置的激光器要根据用户加工的性能 加工材料 形状 尺寸等选取不同的激光器 可供选配 的激光器分别有 CO 轴快流激光器 射频板调试激光器 旋流激光器 固体激光器和光纤激光器等 从设备的驱动方式上 有 X Y 轴选用单边伺服电机配置相应的减速机 用高精度的齿轮齿条驱动结构 有 X 轴双边均选用伺服电机配置相应的减速机 用高精度的齿轮齿条驱动结构 有双齿轮消除反向间隙的 驱动方式 有伺服电机配置高精度滚珠丝杆直接驱动 采用盘式大惯量电机直接齿轮 齿条驱动 还有采 用直线电机直接驱动的结构方式 数控激光切割机通常所配置的导轨以高精度直线导轨为主 并配有自动润滑装置 单边直线导轨为主 导轨配以滚轮结构更是一种性价比好的经济适用 调整方便的典型结构 另一种结构就是直接采用驱动和导轨组合为一体的驱动单元结构 安装更简便 调试更方便 精度容 易保证 只是造价偏高一点 Z 轴通常采用高精度滚珠丝杆和直线导轨或驱动单元 并配置高质量的带焦点高度位置自动跟踪的激光 切割头 通常 Z 轴均选用焦点位置自动跟踪的切割头 如切割头增加一个可控制聚焦镜独立移动的 F 轴 添加有 CNC 控制的补偿光路系统 以及采用可受控制改变聚焦曲率的光学镜等措施 激光切割机的几种效应原理 激光切割机的几种效应原理介绍 一 流体动力效应 hydrodynamiceffect 譬如最新的铒铬 YSGG 激光 ErbiumChromium Yttrium Scandium Gallium Garnetlaser 主要为激光激发水分子产生高速动力的流体力学 水分子极易吸收此一 波长的激光能量 却不至于破坏水分子的键结结构 若其激光能量撞击到水分子 则可使水分子激发成为 具有高速动能的状态 此一流体动能便能达到组织切割的良好效果 即是采用水分子作为组织切割之媒介 二 温度效应 thermaleffect 软组织之切割主要以此效应来达成 组织吸收激光能量后温度会升高 当温度在370C 至600C 时组织不会产生变化 一旦超过600C 时即开始凝固 可达到止血的效果 当温度超过 1000C 细胞间的水分会被蒸发 剩下脱水的组织超过2000C 以上时会被碳化 三 机械效应 mechanicaleffect 激光切割硬组织的能力不是来自温度效应 而是藉由能量将组织 中的水蒸发 evaporation 造成组织内压力 internalpressure 增高 在硬组织熔点未到达之前就造成组 织的破裂 rupture 这个现象特称之为微爆发 microexplosion 和温度效应无直接相关 激光切割工艺中切割的优点 激光切割工艺中切割的优点 1 氧化熔化切割 熔化切割一般使用惰性气体 如果代之以氧气或其它活性气体 材料在激光束的照射下被点燃 与氧 气发生激烈的化学反应而产生另一热源 称为氧化熔化切割 2 熔化切割 当入射的激光束功率密度超过某一值后 光束照射点处材料内部开妈蒸发 形成孔洞 一旦这种小孔 形成 它将作为黑体吸收所有的入射光束能量 小孔被熔化金属壁所包围 然后 与光束同轴的辅助气流 把孔洞周围的熔融材料带走 随着工件移动 小孔按切割方向同步横移形成一条切缝 激光束继续沿着这 条缝的前沿照射 熔化材料持续或脉动地从缝内被吹走 3 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 4 汽化切割 在高功率密度激光束的加热下 材料表面温度升至沸点温度的速度是如此之快 足以避免热传导造成 的熔化 于是部分材料汽化成蒸汽消失 部分材料作为喷出物从切缝底部被辅助气体流吹走 半导体激光器使用注意事项 1 激光器工作时 要佩戴合适的防护器具 防护服 手套 防护镜等 避免激光直射眼睛和皮肤 并注意被照射物体的反射 散射光可能对人造成的伤害 2 半导体激光器在使用 贮存 运输过程中要采取防静电措施 操作人员 工作台 烙铁等一定要接 地良好 3 必须保证激光器的驱动电源在开 关 调节 工作等过程中不产生尖峰脉冲 浪涌 并能够屏蔽电 网和空间电磁感应引入的浪涌 4 半导体激光器应在额定电流 额定功率下使用 若超额定电流或功率使用 会加速激光器退化或导 致激光器的失效 5 半导体激光器必须在指定的温度范围内工作 保证良好的散热或制冷 6 半导体激光器需要在规定的温 湿度条件下使用 存储 运输 并保证环境的洁净度 避免各种由 于环境和操作原因对激光器造成的污染 7 光纤输出的半导体激光器 在使用前必须对光纤连接头端面进行清洁处理 保证端面无污染 光纤 如需弯折 弯曲直径要大于300倍光纤芯径 以避免光纤的损坏 激光调阻提升激光设备的竞争力 某电子电器厂主要业务是为各种电气产品提供配套服务 为了满足家用电器 汽车和其它电气产品的 更高要求 他们的研发工作主要专注于缩小产品尺寸 提高响应速度 延长工作寿命和提高可靠性 问题 在很多电路中对电阻的阻值要求十分精确 相对误差要求达到千分之几甚至万分之几 而由于厚膜丝 网印刷操作固有的不准确性 基板表面的不均匀及烧结条件的不重复性 厚膜电阻常出现正负误差 现在 制造工艺相对误差只能达到5 甚至更低 所以必须进行电阻微调 使之达到高精度要求 现有的操作方式是采用精密电阻人为测量调整 这种方式需要耗费较多人工 或者使用电位器进行阻 值的调整 但这种存在超调 电位器会回弹 产生电路振荡 在移动或运输过程中也易松动 产生参数漂移 解决方法 激光电阻微调是通过短脉冲激光扫描切割 改变电阻的导电截面积 达到把低于目标阻值的电阻体修 调到阻值允许的偏差范围内 利用激光束按一定轨迹照射在电阻膜片上 基片电阻浆料层受激光照射加热 汽化 形成一定深度的刻痕 从而改变了电阻体的导体截面面积和导电体长度 从而达到微调电阻的目的 同时 对电阻进行动态测量 将测量结果与设定阻值进行比较 并反馈控制激光的扫射运动 达到预定的 要求 结果 激光调阻的表现证实很成功 激光调阻机确实帮助客户降低了电子元器件的制造成本 提高了生产效 率 也提升了其新产品研发能力 缩短其新产品开发周期 使整个公司的竞争力都获得了提升 以下是使 用前与使用后的对比效果 由此可以看到 激光调阻和传统调阻方式相比 具有很大的优势 以后在行业内的应用范围内会越来 越广泛 激光切割机的结构及其作用分析 激光切割机设备主要是机 光 电 的整合 整个系统主要由 机床主机部分机械部分 激光器 外光 路组成部分 数控系统及操作台电气控制部分这三大部分 再配上辅助配套设备 稳压电源 冷水机组 气瓶 空气压缩机 储气罐 冷却干燥机 过滤器 抽风除尘机 排渣机等即构成全套设备的系统集成 激光切割机各部分的作用如下 1 机床主机部分 激光切割机机床部分 实现 X Y Z 轴的运动的机械部分 包括切割工作平台 用 于安放被切割工件 并能按照控制程序正确而精准的进行移动 通常由伺服电机驱动 2 激光发生器 产生激光光源的装置 3 外光路 折射反射镜 用于将激光导向所需要的方向 为使光束通路不发生故障 所有反射镜都要 保护罩加以保护 并通入洁净的正压保护气体以保护镜片不受污染 4 数控系统 控制机床实现 X Y Z 轴的运动 同时也控制激光器的输出功率 5 稳压电源 连接在激光器 数控机床与电力供应系统之间 主要起防止外电网干扰的作用 6 切割头 主要包括腔体 聚焦透镜座 聚焦镜 电容式传感器和辅助气体喷嘴等零件 切割头驱动 装置用于按照程序驱动切割头沿 Z 轴方向运动 由伺服电机和丝杆或齿轮等传动件组成 7 操作台 用于控制整个切割装置的工作过程 8 冷水机组 用于冷却激光发生器 激光器是利用电能转换成光能的装置 如 CO2气体激光器的转换 率一般为20 剩余的能量就变换成热量 冷却水把多余的热量带走以保持激光发生器的正常工作 冷水机 组还对机床外光路反射镜和聚焦镜进行冷却 以保证稳定的光束传输质量 并有效防止镜片温度过高而导 致变形或炸裂 9 气瓶 包括激光工作介质气瓶和辅助气瓶 用于补充激光震荡的工业气体和供给切割头用辅助气体 10 空压机 储气罐 提供和存储压缩空气 11 空气冷却干燥机 过滤器 用于向激光发生器和光束通路供给洁净的干燥空气 以保持通路和反 射镜的正常工作 12 抽风除尘机 抽出加工时产生的烟尘和粉尘 并进行过滤处理 使废气排放符合环境保护标准 13 排渣机 排除加工时产生的边角余料和废料等