高功率YAG激光器在加工厚板方面的應(yīng)用
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雖然激光加工具有種種優(yōu)點，但在重工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用卻受到限制，主要原因是:1)制品板材比較厚;2)制品形狀大，而且復(fù)雜，同類制品量少等。從工序方面來看，焊接時要求焊接坡口對合精度高、在焊接質(zhì)量方面容易產(chǎn)生氣孔，切割時不可避免地會增大厚板切口的寬度等。
對這類厚板材進行加工時，要求激光器具有焊接、切割所需的足夠的激光功率，光束傳輸容易，可以用于大型構(gòu)件和復(fù)雜構(gòu)件加工，也可在室外使用等。加工質(zhì)量要求做到與以往的電弧焊接和等離子切割等同。
為了滿足這些要求，正在開發(fā)高輸出功率YAG激光器，加工中的加工狀況監(jiān)視，以及與電弧工序混合的工序。下面介紹其中的一部分。
2 試驗方法
采用峰值輸出25kW的YAG激光器，可調(diào)制振蕩的l0kW級YAG激光器和峰值輸出18kW、可調(diào)制振蕩的7kW級YAG激光器。采用芯徑0.8mm和0.6mm的SI型光纖傳輸光束。
圖1示出采用30m光纖傳送l0kWYAG激光時的光束傳送特性。從圖中可以看出，入射功率10kW時傳送損失約800，大部分傳送損失都是由光纖端面的反射引起的。采用YAG激光器時，反射光近800W，這種處理很重要。采用該系統(tǒng)時，處處都要注意不要因反射光而使系統(tǒng)本身受到損傷。
加工時所使用的光學(xué)系統(tǒng)是Bf(后焦距)等于200mm，成像倍率為1.69的聚光光學(xué)系統(tǒng)。試料，焊接時采用SUS304，切割時采用碳鋼。
圖1 用30m光纖傳送時的傳輸損耗
以前，當板材厚度超過10mm以上時只能采用CO2激光器焊接。CO2激光焊接厚板材有以下缺點:因為是利用反射鏡傳送光束，所以焊接對象受到限制;在加工質(zhì)量上容易受振蕩光束強度分布變化和激光感應(yīng)等離子體的影響。
3.1 10kW級YAG激光器的熔深特性
因為以前沒有研究過5kW以上輸出調(diào)制對熔深的作用，所以調(diào)查了調(diào)制波振蕩(以下稱P.W.振蕩)和連續(xù)波振蕩(以下稱C.W.振蕩)對熔深的影響。調(diào)查結(jié)果示于圖2.從圖中可以看出，采用C.W.振蕩時，激光器輸出7.6kW,焊接速度0.2m/min時熔深大約為15mm。采用P.W.振蕩時，激光器輸出6.6kW，熔深大約為20mm，以厚板為對象的低焊接速度時，采用P.W.振蕩效果好。從圖中還可看出，隨著焊接速度加快，P.W.振蕩的熔深變淺。筆者認為這是由于Keyhole形成有無連續(xù)性引起的。圖3示出采用P.W.振蕩在低速焊接時峰值輸出對熔深的影響，可以看出，隨著峰值輸出的升高，熔深加深。
圖4 利用高功率YAG激光器(7.6kw,,0.2m/min)的穿透焊接
以上述焊接特性為基礎(chǔ)，研究了用光纖傳送的容器縱向或環(huán)形接合方面的應(yīng)用。圖5示出其應(yīng)用例子。焊接時，采用7kW級YAG激光振蕩器、可與大型構(gòu)件對應(yīng)的x軸5m、寬2.5m,z軸4m的大型CNC裝置。
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