Эффект тепловой линзы и способы его решения для 3 основных областей применения лазеров

По мере постоянного расширения диапазона применения волоконных лазеров в области промышленной обработки растет спрос на оптоволоконные лазеры высокой мощности. При применении более мощных лазерных станков возникает ряд новых проблем, которые влияют на стабильность лазерной обработки, одной из таких проблем является эффект тепловой линзы. Если оптический элемент плохого качества, загрязнен или поврежден, то при длительном непрерывном облучении оптического элемента лазерным лучом происходит тепловая деформация, что приводит к изменению показателя преломления передающего оптического элемента и направления отражения отражающего оптического элемента.

Тепловой эффект линзы изменяет положение фокуса лазера и влияет на эффективность процесса.

Чем выше мощность и обработка высокоинверсного материала, тем быстрее происходит тепловое расширение оптического элемента, и тем более очевиден эффект тепловой линзы.

Когда создается эффект тепловой линзы, оптический элемент расширяется за счет тепла, способность фокусировки становится сильнее, размер фокусного пятна становится меньше, а фокусное расстояние и глубина фокуса становятся короче.

Возникновение этих явлений в конечном итоге приводит к нестабильности лазерной обработки и влияет на качество обработки.

1) Чернение алюминия:

Когда возникает эффект тепловой линзы, фокусное расстояние становится короче, плотность поверхностной энергии материала уменьшается, алюминий не может быть зачернен, а в серьезных случаях эффект черноты центра и края несовместим.

2) Глубокая резьба по металлу:

Для глубокой резки металлических скульптур, обычно используются полевые зеркала с коротким фокусным расстоянием (глубиной фокуса). При мощной глубокой резьбе из-за эффекта тепловой линзы плотность энергии быстро уменьшается, поэтому резка металла не является глубокой.

3) Листовая резка:

В соответствии с различными материалами, импульсные волоконные лазеры обычно используют один медленный или несколько быстрых методов резки.

Тепловое расширение и охлаждающее сжатие могут происходить за очень короткое время (< 1 с), поэтому металл на начальной позиции может быть прорезан, а в других позициях будет возникать не прорез.

1) Точечная сварка металлических листов:

Для точечной сварки металлического листа волоконным лазером высокой мощности, эффект тепловой линзы вызовет непостоянный размер паяного соединения, нестабильную сварку, а сила вытяжки будет недостаточной.

2) Непрерывная сварка металла:

Отражательная способность металла при сварке непрерывным лучом выше, чем при резке. При сварке на высокой мощности эффект тепловой линзы приведет к тому, что сварка будет с малой глубиной и не полной.  При сварке алюминия и меди с высоким показателем отражения эффект тепловой линзы более очевиден.

1) Резка нержавеющей стали:

При резке нержавеющей стали эффект тепловой линзы приводит к несовместимости режущих поверхностей, увеличению количества шлака и даже к проблемам непрерывной резки.

2) Резка углеродистой стали:

При резке углеродистой стали эффект тепловой линзы вызывает большое количество шлака на дне и проблемы с непрерывной резкой.

1. Решение проблемы эффекта тепловой линзы, создаваемого линзами различных оптических элементов:

2. Решение проблемы эффекта тепловой линзы, вызванного различными линзами оптических элементов оборудования для обработки режущей головки/сварочной головки.

Советуем вам прочитать статьи опубликованные в нашем блоге ранее: «‎Насколько точна оптоволоконная лазерная резка?»‎ и «‎Способы защиты лазерного станка от влаги»‎.

Если вам понравилась статья, то ставьте лайк, делитесь ею со своими друзьями и оставляйте комментарии!