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激光焊接頭(WSX)的幾個(gè)概念——激光加工

2019-07-03 10:56:17 金曉


1.激光頭的前言:

任何物質(zhì)都由分子原子組成。進(jìn)一步的分析表明,原子中存在諸如電子,質(zhì)子和中子的粒子。由于電子核周圍的電子旋轉(zhuǎn)距離不同,原子可以分為不同的能級(jí)。一般而言,具有最低能級(jí)的原子態(tài)稱為基態(tài)。能級(jí)高于基態(tài)的狀態(tài)稱為激發(fā)態(tài)。當(dāng)處于激發(fā)態(tài)的原子在沒(méi)有外部信號(hào)的情況下自發(fā)地變?yōu)榈湍軕B(tài)時(shí)產(chǎn)生的光輻射被稱為自發(fā)輻射。最初處于高能級(jí)E2的粒子被具有外部能量(例如,光照射)的光子激發(fā),以發(fā)射與入射光子相同的光子并轉(zhuǎn)換成低能級(jí)E1。發(fā)射光子的頻率由兩個(gè)能級(jí)之間的能量差確定,即hν= E2-E1

在獲得能量之后,原子處于不穩(wěn)定狀態(tài)(即激發(fā)態(tài)),其以光子的形式發(fā)射能量。由受激輻射發(fā)射的光的這種放大是激光名稱的起源。激光是光子隊(duì)列感應(yīng)(激發(fā))。它具有相同的光學(xué)特性和相同的速度。


激光頭


2.激光頭激光的生成:

受激輻射光的放大條件如下:(1)激發(fā)能源 - 連續(xù)泵送介質(zhì)中的顆粒從低能級(jí)到高能級(jí); 2)獲得中子狀態(tài),其中光子可以在外部激發(fā)能量的作用下輻射。根據(jù)激發(fā)物質(zhì)的不同,光可分為固體激光氣體。

YAG激光器:固態(tài)激光器,也稱為Nd.YAG,來(lái)自(Nd摻雜的釔鋁金剛石; Ndy3a15o12)或釹摻雜的釔鋁石榴石晶體可以激發(fā)脈沖激光或連續(xù)激光,發(fā)射的激光器具有紅外波長(zhǎng)為1.064μmm。

光纖激光器:固體激光器是指使用稀土摻雜玻璃纖維(用SiO2作為基質(zhì)材料繪制的玻璃固體纖維)作為增益介質(zhì)的激光器。根據(jù)激光輸出波長(zhǎng)的波段,分為S波段(1460~1530 nm),C波段(1530~1565 nm)和L波段(1565~1610 nm


激光頭


CO2激光:氣體激光。在CO2激光器中,主要工作物質(zhì)由CO,氮和氦組成。其中,CO是產(chǎn)生激光輻射的氣體,氮?dú)夂秃馐禽o助氣體。在放電期間,放電管中混合氣體中的氮分子由于電子的撞擊而被激發(fā)。此時(shí),激發(fā)的氮分子碰撞而CO分子,N2分子將其能量轉(zhuǎn)移到CO2分子,CO分子從低能級(jí)轉(zhuǎn)變?yōu)楦吣芗?jí),形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)并發(fā)射激光


激光頭


盤(pán)式激光器:固態(tài)激光器,也稱為盤(pán)式激光器,與激光工作物質(zhì)形狀的傳統(tǒng)固態(tài)激光器本質(zhì)上不同。將傳統(tǒng)固體激光器的棒狀晶體轉(zhuǎn)換成圓盤(pán)狀晶體的創(chuàng)新理念將固體激光推向了一個(gè)新的時(shí)代。盤(pán)式激光器由于其優(yōu)異的光束質(zhì)量和轉(zhuǎn)換效率而廣泛用于工業(yè)制造。

半導(dǎo)體激光器:(二極管激光器)一種使用一定量半導(dǎo)體材料作為工作物質(zhì)來(lái)產(chǎn)生激光的器件。其工作原理是通過(guò)一定的激發(fā)實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體物質(zhì)能帶(導(dǎo)帶和價(jià)帶)之間或半導(dǎo)體物質(zhì)能帶與雜質(zhì)(受體或供體)能級(jí)之間的不平衡載流子的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。模式。當(dāng)組合了反向粒子數(shù)狀態(tài)的大量電子和空穴時(shí),發(fā)生受激發(fā)射。常見(jiàn)的工作材料是砷化鎵(GaAs),硫化鎘(CdS),磷化銦(InP)和硫化鋅(ZnS

(1)單色激光具有極高的單色性,并且難以通過(guò)來(lái)自其他光源的光到達(dá)。

(2)定向激光束具有良好的方向性,即光發(fā)散度小。

(3)相干相干是區(qū)分激光和普通光源的重要特征。

(4)與其他光束一樣,具有高能量密度的激光束可以通過(guò)凸面鏡或金屬鏡聚焦。


3.激光頭的比較:

++最大輸出功率:

1)光纖激光器達(dá)到50kw,

2)YAG固態(tài)激光器為6kw,

3)3CO2激光達(dá)到20kw,

4)磁盤(pán)激光達(dá)到8kw 

++使用比較:

1)YAG激光輸出波長(zhǎng)為1.06um,比CO2激光波長(zhǎng)10.06μm小一個(gè)數(shù)量級(jí),與金屬耦合效率高,加工性能好(800W YAG激光器的有效功率相當(dāng)于3KW CO2激光功率);

2)YAG激光器可以與光纖耦合,激光束可以通過(guò)時(shí)分和功率分割的多通道系統(tǒng)方便地傳輸?shù)蕉鄠€(gè)站或遠(yuǎn)程站,從而實(shí)現(xiàn)激光的靈活處理;

3)YAG激光器可以工作在脈沖模式和連續(xù)模式。脈沖輸出可通過(guò)Q開(kāi)關(guān)和鎖模技術(shù)獲得短脈沖和超短脈沖,使加工范圍大于CO2激光器。

4)YAG激光器結(jié)構(gòu)緊湊,重量輕,使用方便可靠,維護(hù)要求低,應(yīng)用前景廣闊。

5)激光器的缺點(diǎn)。


手持激光焊接頭ND18


++光纖激光器的優(yōu)點(diǎn):

1)光纖激光切割機(jī)光電轉(zhuǎn)換率高,光電效率超過(guò)20%,大大節(jié)省了運(yùn)行成本。

2)光纖激光器無(wú)需調(diào)整,維護(hù)和高穩(wěn)定性。

3)光纖激光器使用壽命長(zhǎng),維護(hù)相對(duì)簡(jiǎn)單。

4)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,占地面積小。

++光纖激光器的缺點(diǎn):

+1)相位穩(wěn)定性不容易做好;

+2)非金屬材料和厚金屬不能切割。

+3)方面:光束參數(shù)乘積(光束參數(shù)乘積遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角半角×近場(chǎng))

++光束半徑:

1)光纖激光器小于2.5

2)YAG固態(tài)激光器約為25,

3)CO2激光達(dá)到6

4)磁盤(pán)激光器約為8。


激光焊接頭ND60


++半導(dǎo)體泵壽命:

1)光纖激光器可連續(xù)工作超過(guò)100,000小時(shí)。 2YAG固態(tài)激光器可以工作約1000小時(shí),3CO2激光器預(yù)計(jì)工作約50,000小時(shí),4)光盤(pán)激光器壽命約為10,000小時(shí),

++維護(hù)和運(yùn)營(yíng)成本/小時(shí)(4 / 5Kw):

1)光纖激光器每小時(shí)2美元。

2)YAG固態(tài)激光器每小時(shí)35美元,

3)CO2激光器每小時(shí)20美元。

4)CD激光器每小時(shí)8美元。

光纖激光器是近年來(lái)發(fā)展迅速的固態(tài)激光器。其激光結(jié)構(gòu)獨(dú)特而創(chuàng)新。輸出高質(zhì)量光束,激光功率超過(guò)25kW。由于其結(jié)構(gòu)緊湊,維護(hù)簡(jiǎn)單,運(yùn)行可靠,應(yīng)用動(dòng)力好,在相當(dāng)多的領(lǐng)域逐步取代了傳統(tǒng)的NdYAG激光器和CO2激光器。


4.激光頭的應(yīng)用:

1)切削速度快,熱影響區(qū)小,工件切削部位熱影響層深度0.05-0.1mm,熱變形小。

2)狹縫,一般0.1~1毫米,切口質(zhì)量好,邊緣光滑,無(wú)邊緣塌陷,無(wú)切削殘留。

3)修剪沒(méi)有機(jī)械應(yīng)力,工件變形最小。

4)無(wú)工具磨損,無(wú)接觸能量損失,無(wú)工具更換。切割過(guò)程易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

5)激光束聚焦后功率密度高,可切割各種材料,如高熔點(diǎn)材料,硬脆材料等。

6)切割可以在沒(méi)有真空裝置或任何氣體環(huán)境的大氣中進(jìn)行。


激光頭


WSX:激光束焊接頭焊接

1)激光能量密度高,這對(duì)于具有高熔點(diǎn)和高導(dǎo)熱率的焊接材料特別有利。

2)焊縫寬寬比大,比能量小,熱影響區(qū)小,焊件變形小。它特別適用于精密和熱敏部件的焊接。通??梢允÷院负笮U幚砑夹g(shù)。

3)通常不添加填充金屬。

4)激光可以通過(guò)透明體焊接,以防止污染和雜質(zhì)腐蝕。它適用于真空儀器組件的焊接。

5)焊接系統(tǒng)靈活性高,易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。



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