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件上，并具有调节焦点位置和观察显示的功能。CO2 激光器输出的是红外线，故要用锗单晶、砷化镓等红 外材料制造的光学透镜才能通过。为减少表面反射需 镀金全反射镜。
2021/3/12
7Байду номын сангаас
一、激光加工系统的组成(9)
图3为应用于CO2激 光切割机的透射式聚焦系 统。图中在光束出口处装 有喷吹氧气、压缩空气或 惰性气体N2的喷嘴，用 以提高切割速度和切口的 平整光洁。工作台用抽真 空方法使薄板工件能紧贴 在台面上。
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二、激光加工的合理工作参数 (2)
（3）提高激光加工孔的圆度 激光器模式采用基模加 工，聚焦透镜用消球差物镜，且透镜光轴与激光束光 轴重合，工件适当偏离聚焦点以及选择适当的激光能 量等可提高加工圆度。 （4）降低打孔的锥度 通常孔的锥度随其孔深孔径比 增大而增加，采用适当的激光输出能量或小能量多次 照射，较短的焦距，小的透镜折射率及减少入射光线 与光轴间的夹角等措施可减小孔的锥度。
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二、激光加工的合理工作参数 (4)
2．激光切割的合理工作参数 除精细切割如切割硅片可用YAG固体激光器外，激 光切割一般采用CO2以激光器，其工作参数主要有切割 速度、切缝宽度和切割厚度。 （1）激光切割速度 它随激光功率和喷气压力增大 而增加，而随被切材料厚度增加而降低。切割6mm厚 度碳素钢钢板的速度达到2.5m／min，而厚度为 12mm的钢板仅为0.8m/min。切割15.6mm厚的胶 合板为4.5m/min，切割35mm厚的丙烯酸酯板的速 度则达27m/min。
谐振腔是光学反馈元件，它的作用是为光放大介质 产生光振荡。其类型对激光输出能量和发散角有很大 影响，常用的平行平面谐振腔由图1中反射镜1与4组 成，谐振腔的长度为激光半波长的整倍数，反射镜平 行度＜10"。
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一、激光加工系统的组成(8)
2.聚焦系统 其作用是把激光束通过光学系统精确地聚焦至工
先进制造技术9激光加工技 术
一、激光加工系统的组成(3)
光泵是使工作物质发生粒子反 转产生受激辐射的激励光源，因 此光泵的发射光谱应与工作物质 的吸收光谱相匹配。常用的光泵 有脉冲氙灯和氪灯，脉冲氙灯的 发光强度和频率较高，适用于脉 冲工作的固体激光器，而氪灯的 发光光谱能与YAG的吸收光谱很 好匹配，是YAG连续激光器的理 想光泵。为改善照射的均匀性， 光泵可用双灯（如图1所示的件3 有上、下两个）、三灯或四灯。
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二、激光加工的合理工作参数 (6)
（4）辅助气体提高切割效率和切口质量 由于金属 表面的激光反射率可高达的95%，使激光能量不能有 效地射入金属表面。喷吹氧气或压缩空气能促进金属 表面氧化，可提高对激光的吸收率来提高切割效率。 增加吹氧压力还可使切缝减小，切割石英时，吹氧可 防止再粘结。切割易燃材料时，可喷惰性气体防止燃 烧，切割带有金属夹层的易燃材料，宜采用无氧空气 。当吹气压力未超过某一数值时，增加压力可增大切 割厚度。
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一、激光加工系统的组成 (4)
聚光器罩在光泵的外围，它是把光泵发生的光有效 地、均匀地集中到工作物质上。聚光器中常用的是圆 柱聚光器和椭圆聚光器，也有球形、椭球和紧包形的 聚光器。其要求为聚光均匀、散热好、结构简单、内 壁反射率高，表面粗糙度Rα0.04μm以下，通常聚光 效率达80％。
对于熔点低、分解点低及导热性差的塑料、纤维、 木材、布料等，一般应采用长焦距的锗透镜来聚焦激 光束。
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三、激光焊接技术（1）
1．激光焊接的工艺特点
按焊接熔池形成的机理区分，激光焊接有两种基本模式： 热导焊和深熔焊。热导焊所用激光功率密度较低（105106 W/cm2），工件吸收激光后，仅达到表面熔化，然后 依靠热传导向工件内部传递热量形成熔池。热导焊焊接模 式熔深浅，深宽比较小。深熔焊激光功率密度高（106107W/cm2），工件吸收激光后迅速熔化乃至气化，熔化 的金属在蒸汽压力作用下形成小孔激光束可直照孔底，使 小孔不断延伸，直至小孔内的蒸气压力与液体金属的表面 张力和重力平衡为止。小孔随着激光束沿焊接方
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二、激光加工的合理工作参数 (5)
（2）切缝宽度 一般在0.5mm左右，它与被切材料 性质及厚度、激光功率大小、焦距及焦点位置、激光 束直径、喷吹气体压力及流量等因素有关，其影响程 度大致与对打孔直径的影响相似。切割精度可达 ±0.02～0.01mm。
（3）切割厚度 它主要取决于激光输出功率。切割 碳素钢时，1kW级激光器的极限切割厚度为9mm， 1.5kW级为12mm，2.5kW级为19mm；2.5kw级切 割不锈钢的最大切割厚度则为15mm。对于厚板切割 则需配置3kw以上的高功率激光器。
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二、激光加工的合理工作参数 (1)
1．激光打孔尺寸及其精度的控制 （1）孔径尺寸控制 采用小的发散角的微光器（0.001 ～0.003rad），缩短焦距或降低输出能量可获得小的孔 径。对于熔点高、导热性好的材料可实现孔径0.01～ 1mm的微小孔加工，最小孔径可达0.001mm。 （2）孔的深度控制 提高激光器输出能量，采用合理 的脉冲宽度（材料的导热性越好宜取越短的脉冲宽），应 用基模模式（光强呈高斯分布的单模）可获得大的孔深。 对于孔径小的深孔宜用激光多次照射，并用短焦距（15 ～30mm）的物镜打孔。
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二、激光加工的合理工作参数 (3)
（5）硬脆材料激光打孔的实用参数 用YAG激光加 工机对红宝石和金刚石打孔，当孔径为0.05mm时， 所用的单个脉冲的激光能量分别为0.05～1J，每秒的 脉冲数约为20个；加工Si3N4、SiC和Al2O3等陶瓷， 当孔径为0.25～1.5mm时，所用单个脉冲激光能量在 5～8J，每秒的脉冲数为5～10个，脉冲宽度0.63ms ，辅助气体用空气或N2。
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一、激光加工系统的组成(10)
3．电气系统 电气系统包括激光器电源和控制系统两部分，其作 用是供给激光器能量（固体激光器的光泵或CO2激光器 的高压直流电源）和输出方式（如连续或脉冲、重复频 率等）进行控制。此外，工件或激光束的移动大多采用 CNC控制。 为了实现聚焦点位置的自动调整，尤其当激光切割 的工件表面不平整时，需采用焦点自动跟踪的控制系统 ，它通常用电感式或电容式传感器来实时检测，通过反 馈来控制聚焦点的位置，其控制精度的要求一般为 ±0.05～0.005mm。
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一、激光加工系统的组成(9)
图3为应用于CO2激 光切割机的透射式聚焦系 统。图中在光束出口处装 有喷吹氧气、压缩空气或 惰性气体N2的喷嘴，用 以提高切割速度和切口的 平整光洁。工作台用抽真 空方法使薄板工件能紧贴 在台面上。
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二、激光加工的合理工作参数 (2)
（3）提高激光加工孔的圆度 激光器模式采用基模加 工，聚焦透镜用消球差物镜，且透镜光轴与激光束光 轴重合，工件适当偏离聚焦点以及选择适当的激光能 量等可提高加工圆度。 （4）降低打孔的锥度 通常孔的锥度随其孔深孔径比 增大而增加，采用适当的激光输出能量或小能量多次 照射，较短的焦距，小的透镜折射率及减少入射光线 与光轴间的夹角等措施可减小孔的锥度。
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二、激光加工的合理工作参数 (4)
2．激光切割的合理工作参数 除精细切割如切割硅片可用YAG固体激光器外，激 光切割一般采用CO2以激光器，其工作参数主要有切割 速度、切缝宽度和切割厚度。 （1）激光切割速度 它随激光功率和喷气压力增大 而增加，而随被切材料厚度增加而降低。切割6mm厚 度碳素钢钢板的速度达到2.5m／min，而厚度为 12mm的钢板仅为0.8m/min。切割15.6mm厚的胶 合板为4.5m/min，切割35mm厚的丙烯酸酯板的速 度则达27m/min。
谐振腔是光学反馈元件，它的作用是为光放大介质 产生光振荡。其类型对激光输出能量和发散角有很大 影响，常用的平行平面谐振腔由图1中反射镜1与4组 成，谐振腔的长度为激光半波长的整倍数，反射镜平 行度＜10"。
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一、激光加工系统的组成(8)
2.聚焦系统 其作用是把激光束通过光学系统精确地聚焦至工
先进制造技术9激光加工技 术
一、激光加工系统的组成(3)
光泵是使工作物质发生粒子反 转产生受激辐射的激励光源，因 此光泵的发射光谱应与工作物质 的吸收光谱相匹配。常用的光泵 有脉冲氙灯和氪灯，脉冲氙灯的 发光强度和频率较高，适用于脉 冲工作的固体激光器，而氪灯的 发光光谱能与YAG的吸收光谱很 好匹配，是YAG连续激光器的理 想光泵。为改善照射的均匀性， 光泵可用双灯（如图1所示的件3 有上、下两个）、三灯或四灯。
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二、激光加工的合理工作参数 (6)
（4）辅助气体提高切割效率和切口质量 由于金属 表面的激光反射率可高达的95%，使激光能量不能有 效地射入金属表面。喷吹氧气或压缩空气能促进金属 表面氧化，可提高对激光的吸收率来提高切割效率。 增加吹氧压力还可使切缝减小，切割石英时，吹氧可 防止再粘结。切割易燃材料时，可喷惰性气体防止燃 烧，切割带有金属夹层的易燃材料，宜采用无氧空气 。当吹气压力未超过某一数值时，增加压力可增大切 割厚度。
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一、激光加工系统的组成 (4)
聚光器罩在光泵的外围，它是把光泵发生的光有效 地、均匀地集中到工作物质上。聚光器中常用的是圆 柱聚光器和椭圆聚光器，也有球形、椭球和紧包形的 聚光器。其要求为聚光均匀、散热好、结构简单、内 壁反射率高，表面粗糙度Rα0.04μm以下，通常聚光 效率达80％。
对于熔点低、分解点低及导热性差的塑料、纤维、 木材、布料等，一般应采用长焦距的锗透镜来聚焦激 光束。
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三、激光焊接技术（1）
1．激光焊接的工艺特点
按焊接熔池形成的机理区分，激光焊接有两种基本模式： 热导焊和深熔焊。热导焊所用激光功率密度较低（105106 W/cm2），工件吸收激光后，仅达到表面熔化，然后 依靠热传导向工件内部传递热量形成熔池。热导焊焊接模 式熔深浅，深宽比较小。深熔焊激光功率密度高（106107W/cm2），工件吸收激光后迅速熔化乃至气化，熔化 的金属在蒸汽压力作用下形成小孔激光束可直照孔底，使 小孔不断延伸，直至小孔内的蒸气压力与液体金属的表面 张力和重力平衡为止。小孔随着激光束沿焊接方
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二、激光加工的合理工作参数 (5)
（2）切缝宽度 一般在0.5mm左右，它与被切材料 性质及厚度、激光功率大小、焦距及焦点位置、激光 束直径、喷吹气体压力及流量等因素有关，其影响程 度大致与对打孔直径的影响相似。切割精度可达 ±0.02～0.01mm。
（3）切割厚度 它主要取决于激光输出功率。切割 碳素钢时，1kW级激光器的极限切割厚度为9mm， 1.5kW级为12mm，2.5kW级为19mm；2.5kw级切 割不锈钢的最大切割厚度则为15mm。对于厚板切割 则需配置3kw以上的高功率激光器。
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二、激光加工的合理工作参数 (1)
1．激光打孔尺寸及其精度的控制 （1）孔径尺寸控制 采用小的发散角的微光器（0.001 ～0.003rad），缩短焦距或降低输出能量可获得小的孔 径。对于熔点高、导热性好的材料可实现孔径0.01～ 1mm的微小孔加工，最小孔径可达0.001mm。 （2）孔的深度控制 提高激光器输出能量，采用合理 的脉冲宽度（材料的导热性越好宜取越短的脉冲宽），应 用基模模式（光强呈高斯分布的单模）可获得大的孔深。 对于孔径小的深孔宜用激光多次照射，并用短焦距（15 ～30mm）的物镜打孔。
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二、激光加工的合理工作参数 (3)
（5）硬脆材料激光打孔的实用参数 用YAG激光加 工机对红宝石和金刚石打孔，当孔径为0.05mm时， 所用的单个脉冲的激光能量分别为0.05～1J，每秒的 脉冲数约为20个；加工Si3N4、SiC和Al2O3等陶瓷， 当孔径为0.25～1.5mm时，所用单个脉冲激光能量在 5～8J，每秒的脉冲数为5～10个，脉冲宽度0.63ms ，辅助气体用空气或N2。
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一、激光加工系统的组成(10)
3．电气系统 电气系统包括激光器电源和控制系统两部分，其作 用是供给激光器能量（固体激光器的光泵或CO2激光器 的高压直流电源）和输出方式（如连续或脉冲、重复频 率等）进行控制。此外，工件或激光束的移动大多采用 CNC控制。 为了实现聚焦点位置的自动调整，尤其当激光切割 的工件表面不平整时，需采用焦点自动跟踪的控制系统 ，它通常用电感式或电容式传感器来实时检测，通过反 馈来控制聚焦点的位置，其控制精度的要求一般为 ±0.05～0.005mm。