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激光切割的质量光学元器件及其性能的影响因素

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激光切割的质量光学元器件及其性能的影响因素

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1、反射镜(全反镜和圊偏镜}
用于千瓦级功率的激光切割,一般选用铜基材料,其表面镀膜材料决定了反射率的大小,高功率激光传导一般要求直接水冷,内部水冷通道结构是主要影响因素;保持镜面清洁和反射面精度(X—Y平行或垂直)是光束传导正常的必要条件保持镜面清洁有利于改善断面粗糙度和提高切割速度通过每组镜片的光束位置误差一般控制在2毫米以内较好,反射镜的直径一般为50毫米和70毫米两种,5000w – IOOOOW的C02激光器由于光斑较大,需选用直径70毫米
2、聚焦镜
聚焦镜是激光切割的主要元件,目前C02德光主要采ZnSe材料,聚焦方式有平凸和双月型两种,焦距有10”、7.5”、5”三种,前者主要用于厚板的切割,7.5”兼具薄中厚切割,后者切割薄板有优势;边缘厚度有4.06和7.84MM两种,厚型镜片承压能力高,一般用于高压切割:其破坏形式主要是冷却失效,镜面受到污染,表面结露等正确选择镜片有利于改善断面粗糙度和斜度聚焦镜应不定期清洁保养,喷溅污染将使镜片吸收光能并导致变形和炸裂,使“光刀”变钝,切割断面热影响区扩大,严重时无法正常切割。另外,长焦有利于改善断面斜度,这是因为长焦聚焦后光腰比短焦长的缘故。德国某公司研制的非球面反射式聚焦也可以实现切割,且达到衍射极限,焦点漂移量极小。
目前用于大功率光纤激光切割的聚焦镜石英材料,焦距有125/150两种,前者对切割薄板有利,后者更方便加工中厚板。
另外,对于特厚板的切割,有些OEM也尝试采用双焦距聚焦镜,切割效果有明显改善。
3、切割喷嘴
切割喷嘴是激光切割设备的主要易损件,用紫铜加工而成。激光的割缝宽度一般是喷嘴直径的1/10即01 – 0.3毫米。割嘴的合理设计,可以使辅助气体的消耗量降到最小。视切割厚度(从薄到厚)不同,喷嘴直径有0.8 – 3.5mm不等,结构形式有单喷嘴和复合喷嘴两种.鉴于加工手段问题,一般设计成上段锥
形孔联接下段圆柱孔的结构,从空气动力学上讲最理想的结构是”拉瓦尔”口径,气体流动方式以超音速的收敛形态最佳,
以免切口下部形态扩大,它提供最好的气流,而且节约气体正确选择喷嘴有利于改善断面粗糙度和斜度以及提高切割速度。
4、焦距和离焦量
一般而言,切割厚板采用7 5”长焦,薄板切割采用5”短焦,这是由于长焦光腰长,更有利于得到垂直的断面短焦距聚焦能量密度高,有利于提高薄板的切割速度。
目前焦点调整有两种方式:手动调焦和自动调焦,后者又分为二种,其一是可变曲率镜又称自适应镜,它是反射镜的一种,一般放置在z轴上方,通过气动或水压压力伺服比例阀调整镜面的曲率,实现焦点的变化;其二是切割头内置伺服电机驱动的运动模块,带动聚焦镜上下位移,实现焦点的自动调整。
离焦量有正离焦(焦点在板上)和负离焦(焦点在板下)两种,板厚小于2毫米一般采用正离焦,碳钢版切割一般采用正离焦,不锈钢、铝及铝合金和铜材的切割采用负离焦。
5、嘴板距
喷嘴下表面离加工板面的距离称为嘴板距,切割碳钢板时,一般调整到1.5毫米左右,这是由于碳钢板的切割属于氧助
燃熔化切割方式,气流量和压力需求不大;切割不锈钢和高反射材料时,嘴板距一般高压辅助气流将熔化的金属从割缝中吹出。
除以上的5种主要因素外还有光束模式、陶瓷体、激光功率、切割速度、辅助气体、光束与喷嘴孔的同轴度等影响因素。

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