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寻找更高的功率和切割速度

发布时间:2020/01/02 08:19

寻找更高的功率和切割速度

可能需要关注光束质量

发布于:2019年1月2日

发布人:江苏科茂自动化有限公司

关于:激光切割机

激光切割

在过去的十年中,用于工业材料加工的激光技术市场增长了两位数。随着激光器的改进,应用范围的扩大和系统的优化,激光器已成为各种领域中高效,可靠的制造工具。

汽车行业和通用机械工程一直是激光技术进一步发展和持续改进的动力。在这些工业领域中,具有比以前更高的输出功率和更高的光束质量的光束源已经扩大了激光应用的范围。

从一开始,CO 2激光器就以其高功率,光束质量,易于处理以及能够集成到现有工厂设置中而成为激光器行业的主力军之一。估计所有CO 2激光器中有60%用于切割应用。较早的大多数平板处理系统都装有1至2千瓦的激光器。今天,大多数系统的激光器的功率都高于2 kW。

对更多电力的需求

激光器

似乎在扩散冷却的CO 2平板激光器上,光学谐振器由前后反射镜和两个平行的射频电极组成。激光气体的激发发生在水冷电极之间的RF场中。气体中产生的热量通过水冷电极(扩散冷却)消散。集成在激光头中的光束整形望远镜可产生高质量的圆形对称光束。谐振器设计产生45度的线性偏振光束。

对更大功率的需求没有止境。但是,较高的功率并不总是可以加快速度,因为许多激光操作员无法使用其处理系统可以提供的全部功率。

例如,如果材料的厚度为1至6毫米,则不一定总是对工件施加全部激光功率-无论是低碳钢,不锈钢还是铝。在热切割过程中将功率增加到超过该值可能会扩大材料受热影响区域的大小,并对运动系统提出更高的要求,从而限制了切割速度。

因此,当激光切割厚度不超过4毫米的金属板时,操作员将功率降低到远低于2 kW。即使在厚度为4到6毫米的钣金上,它们也可以以显着降低的功率(通常不超过2千瓦)的功率运行5千瓦。

他们发现,当切割较厚的钣金时,增加输出功率不会显着提高切割速度。

输入扩散冷却的CO 2平板激光器

扩散冷却的CO 2平板激光器可产生光束质量和较小的聚焦直径,以切割此类材料。

光学谐振器由前后反射镜和两个平行的射频(RF)电极组成(请参见图1)。激光气体的激发发生在水冷电极之间的RF场中。气体中产生的热量通过水冷电极(扩散冷却)消散。
激光厚度曲线

在Rofin-Sinar实验室进行的测试中,使用2.5 kW CO 2平板激光器在低碳钢上的切割速度可与使用输出功率为4 kW 的常规快速轴流CO 2激光器获得的结果相当直到材料厚度达到10毫米。

因此,不需要包括罗茨鼓风机或涡轮机的常规气体循环系统。光束整形望远镜被集成到激光头中,并产生高质量的圆形对称光束。谐振器设计产生45度的线性偏振光束。

这些特性允许窄切割,这又由于减少了要切割的材料而提高了切割速度。结果,扩散冷却的CO 2平板激光器特别适合于薄金属板加工。

如图2所示,使用2.5 kW CO 2平板激光器在低碳钢上的切割速度可与使用输出功率为4 kW 的常规快速轴流CO 2激光器获得的结果相当。仅当钣金厚度大于10 mm时,速度差异才显着。

在铝的激光熔融切割中(参见图3),光束质量的影响变得更加明显。在2 mm以下的厚度范围内,平板激光器的速度超过了使用流动激光器获得的比较值。两个光束源的厚度最大为4 mm,都可以达到相似的结果。但是,当切割较厚的金属板时,较高功率的激光束源具有明显的优势。
激光厚度曲线

在实验室进行的测试中,激光切割铝时差异变得更加明显。在厚度小于2毫米的情况下,平板激光器的速度超过了流动激光器的速度。两个光束源的厚度最大为4 mm,都可以达到相似的结果。但是,在较厚的金属板上,较高功率的激光束流切割速度更快。

切割不锈钢时,观察到类似的效果。但是,在这种情况下,更高功率的激光器在钣金厚度大于2 mm时会显示出优势。但是,在钣金厚度约为1 mm的情况下,只要对系统外围进行相应的调整,与传统的光束源相比,具有最大光束质量的激光器可以获得更高的速度。

节省运营

与运行费用一起考虑的另一个重要因素是激光器设计。例如,扩散冷却的CO 2平板激光器具有仅包含两个金属镜的简单布局。扩散冷却原理消除了对涡轮机和鼓风机进行气体循环的需求。

由于扩散冷却的CO 2平板激光器的气体消耗可忽略不计,集成到激光头中的预混气瓶可以连续运行一年以上。在此期间之后,将瓶子更换为新瓶子。无需外部激光气体供应。

需要电力的地方

由于增加功率会增加成本,因此只有在具有经济优势的情况下这样做才有意义。如果光束质量达到最佳,则可以使用激光以高达2.5 kW输出功率的光束源对高达4或6 mm厚的钣金进行加工,这在当今的大多数钣金加工应用中都是如此。

另一方面,高功率光束源可以更高速度切割较厚的工件。当然,鉴于与这些激光器相关的更高的投资成本和增加的运行费用,必须严格权衡更高速度的优点。

在特定情况下,高功率激光器具有经济优势。没有额外的功能,几乎不可能完成那些需要它们的应用程序。

江苏科茂自动化有限公司 www.jskemao.cn