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万瓦级激光切割机光路系统技术揭秘

12, 2020

by 欧锐激光

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近几年来,万瓦激光切割机热度持续高涨,随着我国高铁、船舶、石油化工及航空航天等领域的高速发展以及激光切割技术的不断突破,高功率、大幅面、高速切割、超厚板切割、亮面切割、切口垂直度高等要求逐渐变成了万瓦激光切割机的发展方向。

万瓦级激光切割机光路系统技术揭秘

万瓦激光切割机

万瓦激光切割机关键在于“万瓦”字眼,其光路系统主要由万瓦激光器、传输光纤、激光头三部分构成。要想使万瓦激光切割机具备稳定的切割效果,首先必须要具备稳定、强悍的激光光源,这种光源来自于激光器。

稳定

万瓦激光切割机的激光器都属于连续激光器种类,而连续激光器又分为单模(块)激光器和多模(块)激光器,以国内某知名的激光器生产厂商为例,其单模连续激光器功率可达到6000W,是目前国内单模连续激光器可达到的输出功率最高水平。当激光器内部只有一个泵浦模块时,就称之为单模激光器,也就是说6000W单模连续激光器内部只含有一个泵浦模块。

现在超大功率连续激光器尤其是万瓦激光切割机,其配备的国内激光器都是多模连续激光器,一般来说,高功率多模连续激光器都是通过合束器将低功率单模连续激光器(也就是单个泵浦模块)光源耦合而成。例如,12000W万瓦激光切割机的多模连续激光器就可以使用两个6000W泵浦模块耦合而成。一个多模块连续激光器使用的单个泵浦模块越少可靠性越高,模块越多线路越复杂,损坏率越高。

相对国外高功率激光器来说,我国万瓦激光器还是以多模连续为主,而国外优秀的高功率激光器单模输出已实现最大20 kW,多模输出最大可达 500 kW的技术水平,我国高功率激光器生产技术水平有待提高。

强悍

接下来,我们再来说一下万瓦激光器发出的激光束为什么可以切割超厚板材。

我们先来说一个知识点,单模激光器光纤芯径细,光斑细,聚集能量高,且单模激光器的芯径一般都是50μm、100μm为标准,而万瓦激光器则是将超高功率的激光束通过100μm的光纤芯径内输出,其能量功率密度之大可想而知。

不同材质的切割效果与激光器功率的关系

万瓦级激光切割机光路系统技术揭秘


亮面切割的特点:切面光滑,切面锥度小,切割速度快,适用于复杂图形切割,不烧角,有极限功率存在(当激光器功率未达到极限功率时,功率越高切割效果(切割速度)越好,但是一旦超过极限切割功率,再提高激光器功率已经没意义了)。

一般来说,单模块连续激光器光束质量比多模块连续激光器好,单模连续激光器在切割中薄板材上的性能得天独厚,但是厚板材切割能力不济;相反的,光束质量差的激光器切割厚板材性能要优于光束质量好的激光器。所以,为了弥补单模激光器切割厚板材性能的不足,采用技术革新——平顶环形光输出,削弱了焦点能量聚集,加强光环能量。这样通过单模连续激光器耦合之后的万瓦激光切割机在超厚板切割上具有了更好的切割效果和切割速度。

万瓦级激光切割机光路系统技术揭秘

平顶光斑分布形态

万瓦级激光切割机光路系统技术揭秘

将激光足迹从圆形改变为正方形或矩形

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