激光焊接头(WSX)的几个概念——激光加工

2019-07-03 10:56:17 金晓


1.激光头的前言:

任何物质都由分子原子组成。进一步的分析表明,原子中存在诸如电子,质子和中子的粒子。由于电子核周围的电子旋转距离不同,原子可以分为不同的能级。一般而言,具有最低能级的原子态称为基态。能级高于基态的状态称为激发态。当处于激发态的原子在没有外部信号的情况下自发地变为低能态时产生的光辐射被称为自发辐射。最初处于高能级E2的粒子被具有外部能量(例如,光照射)的光子激发,以发射与入射光子相同的光子并转换成低能级E1。发射光子的频率由两个能级之间的能量差确定,即hν= E2-E1

在获得能量之后,原子处于不稳定状态(即激发态),其以光子的形式发射能量。由受激辐射发射的光的这种放大是激光名称的起源。激光是光子队列感应(激发)。它具有相同的光学特性和相同的速度。


激光头


2.激光头激光的生成:

受激辐射光的放大条件如下:(1)激发能源 - 连续泵送介质中的颗粒从低能级到高能级; 2)获得中子状态,其中光子可以在外部激发能量的作用下辐射。根据激发物质的不同,光可分为固体激光气体。

YAG激光器:固态激光器,也称为Nd.YAG,来自(Nd掺杂的钇铝金刚石; Ndy3a15o12)或钕掺杂的钇铝石榴石晶体可以激发脉冲激光或连续激光,发射的激光器具有红外波长为1.064μmm

光纤激光器:固体激光器是指使用稀土掺杂玻璃纤维(用SiO2作为基质材料绘制的玻璃固体纤维)作为增益介质的激光器。根据激光输出波长的波段,分为S波段(1460~1530 nm),C波段(1530~1565 nm)和L波段(1565~1610 nm


激光头


CO2激光:气体激光。在CO2激光器中,主要工作物质由CO,氮和氦组成。其中,CO是产生激光辐射的气体,氮气和氦气是辅助气体。在放电期间,放电管中混合气体中的氮分子由于电子的撞击而被激发。此时,激发的氮分子碰撞而CO分子,N2分子将其能量转移到CO2分子,CO分子从低能级转变为高能级,形成粒子数反转并发射激光


激光头


盘式激光器:固态激光器,也称为盘式激光器,与激光工作物质形状的传统固态激光器本质上不同。将传统固体激光器的棒状晶体转换成圆盘状晶体的创新理念将固体激光推向了一个新的时代。盘式激光器由于其优异的光束质量和转换效率而广泛用于工业制造。

半导体激光器:(二极管激光器)一种使用一定量半导体材料作为工作物质来产生激光的器件。其工作原理是通过一定的激发实现半导体物质能带(导带和价带)之间或半导体物质能带与杂质(受体或供体)能级之间的不平衡载流子的粒子数反转。模式。当组合了反向粒子数状态的大量电子和空穴时,发生受激发射。常见的工作材料是砷化镓(GaAs),硫化镉(CdS),磷化铟(InP)和硫化锌(ZnS

(1)单色激光具有极高的单色性,并且难以通过来自其他光源的光到达。

(2)定向激光束具有良好的方向性,即光发散度小。

(3)相干相干是区分激光和普通光源的重要特征。

(4)与其他光束一样,具有高能量密度的激光束可以通过凸面镜或金属镜聚焦。


3.激光头的比较:

++最大输出功率:

1)光纤激光器达到50kw

2)YAG固态激光器为6kw

3)3CO2激光达到20kw

4)磁盘激光达到8kw 

++使用比较:

1)YAG激光输出波长为1.06um,比CO2激光波长10.06μm小一个数量级,与金属耦合效率高,加工性能好(800W YAG激光器的有效功率相当于3KW CO2激光功率);

2)YAG激光器可以与光纤耦合,激光束可以通过时分和功率分割的多通道系统方便地传输到多个站或远程站,从而实现激光的灵活处理;

3)YAG激光器可以工作在脉冲模式和连续模式。脉冲输出可通过Q开关和锁模技术获得短脉冲和超短脉冲,使加工范围大于CO2激光器。

4)YAG激光器结构紧凑,重量轻,使用方便可靠,维护要求低,应用前景广阔。

5)激光器的缺点。


手持激光焊接头ND18


++光纤激光器的优点:

1)光纤激光切割机光电转换率高,光电效率超过20%,大大节省了运行成本。

2)光纤激光器无需调整,维护和高稳定性。

3)光纤激光器使用寿命长,维护相对简单。

4)结构简单,占地面积小。

++光纤激光器的缺点:

+1)相位稳定性不容易做好;

+2)非金属材料和厚金属不能切割。

+3)方面:光束参数乘积(光束参数乘积远场发散角半角×近场)

++光束半径:

1)光纤激光器小于2.5

2)YAG固态激光器约为25

3)CO2激光达到6

4)磁盘激光器约为8


激光焊接头ND60


++半导体泵寿命:

1)光纤激光器可连续工作超过100,000小时。 2YAG固态激光器可以工作约1000小时,3CO2激光器预计工作约50,000小时,4)光盘激光器寿命约为10,000小时,

++维护和运营成本/小时(4 / 5Kw):

1)光纤激光器每小时2美元。

2)YAG固态激光器每小时35美元,

3)CO2激光器每小时20美元。

4)CD激光器每小时8美元。

光纤激光器是近年来发展迅速的固态激光器。其激光结构独特而创新。输出高质量光束,激光功率超过25kW。由于其结构紧凑,维护简单,运行可靠,应用动力好,在相当多的领域逐步取代了传统的NdYAG激光器和CO2激光器。


4.激光头的应用:

1)切削速度快,热影响区小,工件切削部位热影响层深度0.05-0.1mm,热变形小。

2)狭缝,一般0.1~1毫米,切口质量好,边缘光滑,无边缘塌陷,无切削残留。

3)修剪没有机械应力,工件变形最小。

4)无工具磨损,无接触能量损失,无工具更换。切割过程易于实现自动控制。

5)激光束聚焦后功率密度高,可切割各种材料,如高熔点材料,硬脆材料等。

6)切割可以在没有真空装置或任何气体环境的大气中进行。


激光头


WSX:激光束焊接头焊接

1)激光能量密度高,这对于具有高熔点和高导热率的焊接材料特别有利。

2)焊缝宽宽比大,比能量小,热影响区小,焊件变形小。它特别适用于精密和热敏部件的焊接。通常可以省略焊后校正处理技术。

3)通常不添加填充金属。

4)激光可以通过透明体焊接,以防止污染和杂质腐蚀。它适用于真空仪器组件的焊接。

5)焊接系统灵活性高,易于实现自动化。



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