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解讀激光光束特性對激光加工質量的影響


激光加工過程首先是一個熱變化過程,激光器發出的能量聚焦於很小的靶區,並將熱量傳遞給被加工的材料,激光加工過程高度依賴於材料所能吸收的能量。加工過程的效率往往是輻照度的平方或立方的函數。因而可以斷定,工件上的焦斑總能量和能量空間分布是加工過程的成功關鍵,而且對激光束空間能量分布形狀的變形是非常敏感的。在激光焊接中,零件之間的間隙必須控製非常精準,這就需要把激光束的能量始終對準相同的靶區而不發生焦斑漂移。如果進行高速焊接,不良光束結構可以引起焊縫不良的問題。在激光切割中,光束的質量和聚焦能力對切口本身的質量非常關鍵。質量低劣的光束可以造成零件報廢或返修而增加成本。

1. 激光加工光束特性參數及其評價指標
高功率激光加工過程中,影響激光熱加工的因素很多,對於激光束,其中主要是焦點功率密度、焦斑形狀、光強分布和焦斑漂移等,這些參數不僅與激光輸出功率有關,而且更依賴於光束模式的分布和穩定性。
1.1激光加工光束特性參數
按照激光光束對激光加工的影響,可以把激光加工光束特性參數分成三類:功率特性(激光功率、功率密度、連續或脈衝)、光束特性(光束模式、光束質量、異形光束)、焦點特性(焦點大小、焦點位置、焦深)。

這些光束特性參數並不是獨立的,而是相互影響的。同樣功率的激光束,光束質量越好,聚焦焦點就越小,焦點的功率密度就越大。同一束激光,采用短焦距聚焦鏡,可得到較小的聚焦焦點和較大的焦點功率密度,但是造成像差大,鏡片加工困難,短聚焦也容易造聚焦鏡汙染。采用長焦距聚焦鏡,可得到較大的焦斑和較長的焦深,光斑偏移對激光加工的質量影響相對較小。光束質量作為光束特性中最重要的參數之一,對光束能量分布、聚焦焦點大小、功率密度大小等重要參數有很大影響,是評價激光製造係統的關鍵參數,它不僅標誌了激光製造係統的可加工能力,還對激光材料加工過程產生重要的影響。

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