高能束焊接的定義

高能束焊接（電子束焊EBW、激光束焊LBW）是利用高能密度束流作為熱源的焊接方法。其能量密度比TIG或MIG等弧焊方法高一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，通常高于5×105W/cm2。高能束焊接的定義激光束基本特性

單色性好、方向性好、亮度高、相干性好。1、單色性激光中單色性最好的是氣體激光器產(chǎn)生的激光。

He-Ne激光器產(chǎn)生的632.8nm譜線，線寬只有10-9nm。普通光源中單色性最好的用來(lái)作為長(zhǎng)度基準(zhǔn)器的氪燈(Kr86)，其譜線寬度為4.7×10-3nm。激光的單色性比一般光要高出106～107倍以上.

自然光由波場(chǎng)范圍較寬的光構(gòu)成，激光的譜線展寬極小，具有很好的單色性。單色性決定物質(zhì)對(duì)激光能量的吸收和精細(xì)聚焦的可能性；CO2：10.6μmCO：5.4μmYAG：1.06μm準(zhǔn)分子：0.24μm；激光自然光波長(zhǎng)能量激光束基本特性自然光由波場(chǎng)范圍較寬的光構(gòu)成，激光的2、方向性好、亮度高從光源發(fā)出的激光平行傳播的程度成為方向性。激光器輸出的光束發(fā)散角度很小，可以小于或等于10-3~10-5弧度。激光通過(guò)直徑為D的孔徑時(shí)，由于衍射會(huì)產(chǎn)生一定發(fā)散：發(fā)散角：激光的方向性帶來(lái)兩個(gè)結(jié)果：

光源表面的亮度高；被照射地方光的照度大。

一個(gè)具有10mW功率的He-Ne激光器可產(chǎn)生比太陽(yáng)高幾千倍的亮度，可在屏幕上形成面積很小但照度很大的光斑。2、方向性好、亮度高從光源發(fā)出的激光平行傳播的程度成3、相干性好以適當(dāng)方法將統(tǒng)一光源發(fā)出的光分成兩束，再使兩束光重合便產(chǎn)生明暗相間的條紋，這就是光的干涉。自然光由無(wú)數(shù)的原子與分子發(fā)射，產(chǎn)生波長(zhǎng)各不相同的雜亂光，合成后不能形成整齊有序的大振幅光波。

激光的相位在時(shí)間上是保持不變的，合成后能形成相位整齊、規(guī)則有序的大振幅光波。

3、相干性好以適當(dāng)方法將統(tǒng)一光源發(fā)出的光分成兩束，再

一、光束的模式通常把光波場(chǎng)的空間分布分解為沿傳播方向的分布和垂直于傳播方向的橫截面內(nèi)的分布，分別稱(chēng)之為縱模和橫模。光腔理論證明，在穩(wěn)定光腔內(nèi)外沿光軸傳播方向的任意位置處，光場(chǎng)的橫向分布規(guī)律不變，但光束直徑大小不同。光腔的橫模代表了激光束光場(chǎng)的橫向分布規(guī)律，對(duì)激光加工影響極大。而光腔的縱模主要影響激光的頻率，與激光加工關(guān)系很小。

CO2激光通常用TEMmn表示橫模的光場(chǎng)分布，TEM是橫電磁波“TransverseElectromagneticWave”的縮寫(xiě)，m、n為正整數(shù)。橫?？梢允禽S對(duì)稱(chēng)的，也可以是對(duì)光軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的。激光束特征描述及光束傳播定義激光束特征描述及光束傳播定義激光束特征描述及光束傳播定義

氣體激光的光能橫向分布激光束特征描述及光束傳播定義氣體激光的光能橫向分布激光束特征描述及光束傳播定義光斑半徑光強(qiáng)

不論是軸對(duì)稱(chēng)還是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)，其模是一致的，稱(chēng)為基模。光波的強(qiáng)度與光波電矢量振幅的平方成正比，一束沿方向傳播的基模光束的光強(qiáng)可表示為：

基模光束在任意截面內(nèi)的光強(qiáng)分布按高斯函數(shù)所描述的規(guī)律從中心向外平滑地降落，故稱(chēng)為高斯光束。由光強(qiáng)降落到中心值的的點(diǎn)定義為光斑直徑為，在這個(gè)半徑值的圓內(nèi)包含了光束總能量的86.5%。中心處最大光強(qiáng)為。激光束特征描述及光束傳播定義光斑半徑光強(qiáng)不論是軸對(duì)稱(chēng)激光束特征描述及光束傳播定義YAG等固體激光器，其光能的空間分布則遠(yuǎn)為復(fù)雜，不能用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)公式描述。因?yàn)楣腆w激光棒不可避免地存在很多缺陷，折射率不均勻，在光泵作用下受熱而產(chǎn)生光程變化和雙折射等。

固體激光的光能橫向分布激光束特征描述及光束傳播定義YAG等固體激光器，其二、發(fā)散角

激光束特征描述及光束傳播定義光束半徑激光束腰遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角光軸一般，只要遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角較小，光束的傳播也可由下面的簡(jiǎn)化公式描述：二、發(fā)散角激光束特征描述及光束傳播定義光束半徑三、光束質(zhì)量評(píng)定通常激光束質(zhì)量的評(píng)定可采用其中任一的參數(shù)，光束傳播系數(shù)（K）、光束衍射極限倍數(shù)（M），定義如下：

通常K值范圍：0.1～1，M2范圍：1～10K或M2為1，光束質(zhì)量實(shí)際達(dá)到衍射極限。(2)光束參數(shù)積(BPP-BeamParameterProduct)

其定義為束腰W0和激光發(fā)散角0的乘積.決定激光加工適用范圍

激光束特征描述及光束傳播定義三、光束質(zhì)量評(píng)定激光束特征描述及光束傳播定義光束參數(shù)積與激光功率決定加工范圍激光束特征描述及光束傳播定義光束參數(shù)積與激光功率決定加工范圍激光束特征描述及光束傳播定義四、光束的聚焦特性

激光束的反射、透射聚焦

聚焦后焦點(diǎn)半徑：

焦點(diǎn)附近，光束橫截面積為焦點(diǎn)處2倍的兩個(gè)光束橫截面之間的距離稱(chēng)為瑞利長(zhǎng)度或焦深，可用下式表示：

激光束特征描述及光束傳播定義四、光束的聚焦特性激光束的反射、透射聚焦聚焦后焦點(diǎn)半激光的產(chǎn)生激光的形成過(guò)程

工作物質(zhì)激勵(lì)、受激輻射自激振蕩增益外界能量注入（泵浦）光學(xué)諧振腔

激光的產(chǎn)生激光的形成過(guò)程CO2激光的產(chǎn)生工作物質(zhì)為：CO2、N2、He混合氣體，比例：6%、28%、66%；光束波長(zhǎng)：10.6μm;CO2激光的產(chǎn)生工作物質(zhì)為：CO2、N2、He混合氣體，比例CO2激光的產(chǎn)生1.激光束2.切向排風(fēng)機(jī)

3.氣流方向4.熱交換器

5.后鏡6.折疊鏡

7.高頻電極

8.輸出鏡

9.輸出窗口

高頻激勵(lì)橫流CO2激光器系統(tǒng)

一般氣流的流動(dòng)速度較慢,將熱量從放電腔中帶走。CO2激光的產(chǎn)生1.激光束高頻激勵(lì)橫流CO2激光器系統(tǒng)CO2激光的產(chǎn)生軸流式CO2激光器系統(tǒng)

幾個(gè)功能部件在諧振腔中采用了光學(xué)串聯(lián)方式連接，這樣既提高了功率，同時(shí)又保持了各部分獨(dú)立設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。

CO2激光的產(chǎn)生軸流式CO2激光器系統(tǒng)幾個(gè)功能部件在諧CO2激光的產(chǎn)生擴(kuò)散冷卻式CO2激光器系統(tǒng)

射頻氣體在兩個(gè)大面積銅電極之間放電，電極間隙很小，放電腔中通過(guò)水冷電極可達(dá)到很好的散熱效果，或的相對(duì)較高的能量密度。結(jié)構(gòu)緊湊、堅(jiān)固，氣體消耗小。CO2激光的產(chǎn)生擴(kuò)散冷卻式CO2激光器系統(tǒng)射頻氣激光器類(lèi)型：

橫流軸流擴(kuò)散冷卻

輸出功率等級(jí)：

3~45kW1.5~20kW0.2~3.5kW

脈沖能力：

DCDC-1kHzDC-5kHz光束模式：TEM02以上TEM00-TEM01TEM00-TEM01光束傳播系數(shù)(K)

0.150.40.8

氣體消耗：

小大極小電-光轉(zhuǎn)換效率：

15%15%30%

焊接效果：

較好好優(yōu)良

切割效果：差好優(yōu)良

相變硬化：

好一般一般

表面涂層：

好一般一般表面熔覆：

好一般一般

激光器類(lèi)型：橫流YAG激光的產(chǎn)生根據(jù)工作物質(zhì)分類(lèi)：紅寶石：激活離子Cr3+，波長(zhǎng)：694.3nm，三能級(jí)；

Nd:YAG：激活離子：Nd，波長(zhǎng)：1.06m，四能級(jí)；釹玻璃：激活離子：Nd，波長(zhǎng):1.06m，四能級(jí)根據(jù)泵浦方式分類(lèi)：氪閃光燈泵浦：脈沖氪燈照射在工作物質(zhì)棒上，輸出方式：脈沖；氪弧光燈泵浦:連續(xù)氪弧燈照射在工作物質(zhì)棒上，輸出方式：連續(xù)；二極管泵浦：采用陣列二極管照射工作物質(zhì)棒，輸出方式：連續(xù)和脈沖；調(diào)Q激光器：采用調(diào)Q技術(shù)使得激光的脈沖能量大大地提高（幾百千瓦），脈沖寬度：100~500ns，頻率：幾百~62kHz。

YAG激光的產(chǎn)生根據(jù)工作物質(zhì)分類(lèi)：YAG激光的產(chǎn)生燈泵浦Nd:YAG激光器

大功率激光器中，典型的Nd:YAG棒一般是長(zhǎng)150mm，直徑7~10mm。泵浦過(guò)程中激光棒發(fā)熱，限制了每個(gè)棒的最大輸出功率。單棒Nd:YAG激光器的功率范圍約為50~800W。YAG激光的產(chǎn)生燈泵浦Nd:YAG激光器大燈泵浦Nd:YAG體激光器

將幾個(gè)Nd:YAG棒串聯(lián)起來(lái)可獲得高功率的激光束，每個(gè)獨(dú)立的棒可通過(guò)透鏡引導(dǎo)并規(guī)則的排列起來(lái)。目前的Nd:YAG激光器系統(tǒng)多達(dá)8個(gè)腔。輸出4kW功率。1kW的脈沖Nd:YAG激光器YAG激光的產(chǎn)生燈泵浦Nd:YAG體激光器將幾個(gè)Nd:YATHANKYOUSUCCESS2022/10/2922可編輯THANKYOUSUCCESS2022/10/22

二極管泵浦YAG激光器

二極管在連續(xù)輸出模式下的使用壽命可超過(guò)10000小時(shí)(用于打標(biāo)時(shí)壽命可超過(guò)15000小時(shí))，而且無(wú)需任何維護(hù)。而弧光燈泵浦激光器的壽命只在1000小時(shí)以下(打標(biāo)激光器為2000小時(shí)以下)。低功率激光器：末端泵浦高功率激光器：側(cè)向、橫向泵浦YAG激光的產(chǎn)生二極管泵浦YAG激光器二極管在連續(xù)輸出模式下的使用

YAG激光器的氪弧燈與二極管泵浦源的譜線分布

二極管激光的發(fā)射光和Nd:YAG吸收波段之間的良好光譜匹配降低了Nd:YAG晶體上的熱負(fù)荷，從而可獲得較好的光束質(zhì)量，提高激光輸出功率和脈沖重復(fù)頻率。

YAG激光的產(chǎn)生YAG激光器的氪弧燈與二極管泵浦源的譜線二極管泵浦YAG激光器在材料加工中的優(yōu)勢(shì)較小的焦點(diǎn)直徑：切割、焊接時(shí)能達(dá)到很高的加工速度光束質(zhì)量高：工作距離大瑞利長(zhǎng)度大：焦點(diǎn)位置對(duì)公差不敏感二極管泵浦YAG激光器在材料加工中的優(yōu)勢(shì)較小的焦點(diǎn)直徑：切割激光器類(lèi)型：

YAGCO2

光束波長(zhǎng):1.06m10.6m輸出功率等級(jí)：

0.1~5kW0.5~45kW脈沖能力：

DC-60kHzDC-5kHz光束模式：多模TEM00-多模光束傳播系數(shù)（K）

0.150.1-0.8

電-光轉(zhuǎn)換效率：

3-10%15-30%光束傳輸:

光學(xué)鏡片或光纖光學(xué)鏡片焊接效果：優(yōu)良好切割效果：一般優(yōu)良表面處理:

好好運(yùn)行成本:

高低

CO2、YAG激光器性能比較激光器類(lèi)型：YAG

典型激光條結(jié)構(gòu)的發(fā)射表面是一個(gè)窄條，被分成25個(gè)子陣列，每個(gè)子陣列約有25個(gè)發(fā)射點(diǎn)，諧振腔由激光條的兩個(gè)表面構(gòu)成，長(zhǎng)度約為600μm。

半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)內(nèi)的電子空穴復(fù)合時(shí)，可以在非常窄、非常薄的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生幾毫瓦功率的光，許多這樣的元件組合起來(lái)可形成一個(gè)“激光條”。半導(dǎo)體激光的產(chǎn)生典型激光條結(jié)構(gòu)的發(fā)射表面是一個(gè)窄條，被分成25個(gè)子陣列，

激光條中，光以條紋形式發(fā)射，一個(gè)方向看類(lèi)似波紋頂部輪廓，另一側(cè)面看類(lèi)似高斯分布輪廓。半導(dǎo)體激光的產(chǎn)生激光條中，光以條紋形式發(fā)射，一個(gè)方向看類(lèi)似波紋頂部輪廓，

激光條前部安裝一個(gè)短焦距的微透鏡，將發(fā)散光轉(zhuǎn)換為平行光。進(jìn)一步提高功率，可在每個(gè)激光條的上面再安裝散熱器，通常將這樣的單元結(jié)構(gòu)稱(chēng)為“堆棧”，采用專(zhuān)門(mén)的反射鏡，將幾個(gè)這樣的堆棧合在一起，能夠傳輸?shù)淖畲蠊β蔬_(dá)6kW。半導(dǎo)體激光波長(zhǎng)808，940，980nm。半導(dǎo)體激光的產(chǎn)生激光條前部安裝一個(gè)短焦距的微透鏡，將發(fā)散光轉(zhuǎn)換為平行光。附帶電源的大功率半導(dǎo)體激光器半導(dǎo)體激光加工頭半導(dǎo)體激光的產(chǎn)生附帶電源的大功率半導(dǎo)體激光器半導(dǎo)體激光加工頭半導(dǎo)體激光的產(chǎn)生CO2、YAG、半導(dǎo)體激光器光束質(zhì)量對(duì)比CO2、YAG、半導(dǎo)體激光器光束質(zhì)量對(duì)比激光加工系統(tǒng)的構(gòu)成激光器CNC控制系統(tǒng)CNC控制工作臺(tái)循環(huán)水冷系統(tǒng)氣體供給系統(tǒng)光束傳輸及聚焦激光器控制器激光加工系統(tǒng)的構(gòu)成激光器CNCCNC控制循環(huán)水冷系統(tǒng)氣體供給反射鏡傳輸CO2激光器柔性臂式光束傳輸系統(tǒng)基本原理反射鏡傳輸CO2激光器柔性臂式光束傳輸系統(tǒng)基本原理光纖傳輸光纖傳輸基本原理

聚焦元件f1將進(jìn)入光纖的光束聚焦到較小直徑，內(nèi)耦合角α不能超過(guò)某一臨界光纖相關(guān)值。激光束在光纖中傳出時(shí)是發(fā)散的，通過(guò)光學(xué)元件f2和f3進(jìn)行校準(zhǔn)和聚焦。

光纖傳輸光纖傳輸基本原理聚焦元件f1將進(jìn)入光纖的光束聚光纖傳輸方式光纖傳輸方式光纖傳輸方式

多路轉(zhuǎn)接器以很高的轉(zhuǎn)向頻率，依次給超過(guò)20根的光纖提供光源，適合“多點(diǎn)”或“多工位”激光加工。光纖傳輸方式多路轉(zhuǎn)接器遠(yuǎn)距離焊接系統(tǒng)原理遠(yuǎn)距離焊接系統(tǒng)原理激光焊接汽車(chē)組合齒輪激光焊接不銹鋼傳感器功率：2kW焦距：150mm材料：齒輪鋼深度：2.5mm速度：3.5m/min功率：1.3kW焦距：150mm材料：齒輪鋼深度：1.5mm速度：5.5m/min功率：2kW焦距：150mm材料：不銹鋼深度：1.5mm速度：7m/min功率：3.5kW焦距：200mm材料：不銹鋼深度：1.1mm速度：8m/minCO2激光器的應(yīng)用激光焊接汽車(chē)組合齒輪激光焊接不銹鋼傳感器功率：2kW6-軸機(jī)器人YAG激光焊接汽車(chē)頂棚（VOLVO）YAG激光器的應(yīng)用6-軸機(jī)器人YAG激光焊接汽車(chē)頂棚（VOLVO）YAG激光器IRDiodeHousingLidwithpushbuttons

WeldingofanelectronickeyDiodePower20-60WWeldingspeed3-10m/minFocaldiameter1mmOilTankTankLidWeldingofanoiltank(GFK)Diodepowerca.60WWeldingspeed1-2m/minFocaldiameter2mm半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用IRDiodeHousi半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用半導(dǎo)體激光器焊接汽車(chē)尾燈半導(dǎo)體激光器焊接橡膠與塑料半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用半導(dǎo)體激光器焊接汽車(chē)尾燈半導(dǎo)體激光器焊接橡2kW快速軸流CO2激光焊接系統(tǒng)（德國(guó)ROFIN-SINAR）3kW射頻激勵(lì)CO2激光焊接系統(tǒng)（德國(guó)ROFIN-SINAR）

最大功率2kW

波長(zhǎng)10.6μm

模式TEM01

聚焦直徑0.2mm

加工范圍定位精度最大功率3kW波長(zhǎng)10.6μm模式TEM00聚焦直徑0.15mm加工范圍定位精度

2kW快速軸流CO2激光焊接系統(tǒng)（德國(guó)ROFIN-SINARTHANKYOUSUCCESS2022/10/2943可編輯THANKYOUSUCCESS2022/10/22高能束焊接的定義

高能束焊接（電子束焊EBW、激光束焊LBW）是利用高能密度束流作為熱源的焊接方法。其能量密度比TIG或MIG等弧焊方法高一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，通常高于5×105W/cm2。高能束焊接的定義激光束基本特性

單色性好、方向性好、亮度高、相干性好。1、單色性激光中單色性最好的是氣體激光器產(chǎn)生的激光。

He-Ne激光器產(chǎn)生的632.8nm譜線，線寬只有10-9nm。普通光源中單色性最好的用來(lái)作為長(zhǎng)度基準(zhǔn)器的氪燈(Kr86)，其譜線寬度為4.7×10-3nm。激光的單色性比一般光要高出106～107倍以上.

自然光由波場(chǎng)范圍較寬的光構(gòu)成，激光的譜線展寬極小，具有很好的單色性。單色性決定物質(zhì)對(duì)激光能量的吸收和精細(xì)聚焦的可能性；CO2：10.6μmCO：5.4μmYAG：1.06μm準(zhǔn)分子：0.24μm；激光自然光波長(zhǎng)能量激光束基本特性自然光由波場(chǎng)范圍較寬的光構(gòu)成，激光的2、方向性好、亮度高從光源發(fā)出的激光平行傳播的程度成為方向性。激光器輸出的光束發(fā)散角度很小，可以小于或等于10-3~10-5弧度。激光通過(guò)直徑為D的孔徑時(shí)，由于衍射會(huì)產(chǎn)生一定發(fā)散：發(fā)散角：激光的方向性帶來(lái)兩個(gè)結(jié)果：

光源表面的亮度高；被照射地方光的照度大。

一個(gè)具有10mW功率的He-Ne激光器可產(chǎn)生比太陽(yáng)高幾千倍的亮度，可在屏幕上形成面積很小但照度很大的光斑。2、方向性好、亮度高從光源發(fā)出的激光平行傳播的程度成3、相干性好以適當(dāng)方法將統(tǒng)一光源發(fā)出的光分成兩束，再使兩束光重合便產(chǎn)生明暗相間的條紋，這就是光的干涉。自然光由無(wú)數(shù)的原子與分子發(fā)射，產(chǎn)生波長(zhǎng)各不相同的雜亂光，合成后不能形成整齊有序的大振幅光波。

激光的相位在時(shí)間上是保持不變的，合成后能形成相位整齊、規(guī)則有序的大振幅光波。

3、相干性好以適當(dāng)方法將統(tǒng)一光源發(fā)出的光分成兩束，再

一、光束的模式通常把光波場(chǎng)的空間分布分解為沿傳播方向的分布和垂直于傳播方向的橫截面內(nèi)的分布，分別稱(chēng)之為縱模和橫模。光腔理論證明，在穩(wěn)定光腔內(nèi)外沿光軸傳播方向的任意位置處，光場(chǎng)的橫向分布規(guī)律不變，但光束直徑大小不同。光腔的橫模代表了激光束光場(chǎng)的橫向分布規(guī)律，對(duì)激光加工影響極大。而光腔的縱模主要影響激光的頻率，與激光加工關(guān)系很小。

CO2激光通常用TEMmn表示橫模的光場(chǎng)分布，TEM是橫電磁波“TransverseElectromagneticWave”的縮寫(xiě)，m、n為正整數(shù)。橫?？梢允禽S對(duì)稱(chēng)的，也可以是對(duì)光軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的。激光束特征描述及光束傳播定義激光束特征描述及光束傳播定義激光束特征描述及光束傳播定義

氣體激光的光能橫向分布激光束特征描述及光束傳播定義氣體激光的光能橫向分布激光束特征描述及光束傳播定義光斑半徑光強(qiáng)

不論是軸對(duì)稱(chēng)還是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)，其模是一致的，稱(chēng)為基模。光波的強(qiáng)度與光波電矢量振幅的平方成正比，一束沿方向傳播的基模光束的光強(qiáng)可表示為：

基模光束在任意截面內(nèi)的光強(qiáng)分布按高斯函數(shù)所描述的規(guī)律從中心向外平滑地降落，故稱(chēng)為高斯光束。由光強(qiáng)降落到中心值的的點(diǎn)定義為光斑直徑為，在這個(gè)半徑值的圓內(nèi)包含了光束總能量的86.5%。中心處最大光強(qiáng)為。激光束特征描述及光束傳播定義光斑半徑光強(qiáng)不論是軸對(duì)稱(chēng)激光束特征描述及光束傳播定義YAG等固體激光器，其光能的空間分布則遠(yuǎn)為復(fù)雜，不能用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)公式描述。因?yàn)楣腆w激光棒不可避免地存在很多缺陷，折射率不均勻，在光泵作用下受熱而產(chǎn)生光程變化和雙折射等。

固體激光的光能橫向分布激光束特征描述及光束傳播定義YAG等固體激光器，其二、發(fā)散角

激光束特征描述及光束傳播定義光束半徑激光束腰遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角光軸一般，只要遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角較小，光束的傳播也可由下面的簡(jiǎn)化公式描述：二、發(fā)散角激光束特征描述及光束傳播定義光束半徑三、光束質(zhì)量評(píng)定通常激光束質(zhì)量的評(píng)定可采用其中任一的參數(shù)，光束傳播系數(shù)（K）、光束衍射極限倍數(shù)（M），定義如下：

通常K值范圍：0.1～1，M2范圍：1～10K或M2為1，光束質(zhì)量實(shí)際達(dá)到衍射極限。(2)光束參數(shù)積(BPP-BeamParameterProduct)

其定義為束腰W0和激光發(fā)散角0的乘積.決定激光加工適用范圍

激光束特征描述及光束傳播定義三、光束質(zhì)量評(píng)定激光束特征描述及光束傳播定義光束參數(shù)積與激光功率決定加工范圍激光束特征描述及光束傳播定義光束參數(shù)積與激光功率決定加工范圍激光束特征描述及光束傳播定義四、光束的聚焦特性

激光束的反射、透射聚焦

聚焦后焦點(diǎn)半徑：

焦點(diǎn)附近，光束橫截面積為焦點(diǎn)處2倍的兩個(gè)光束橫截面之間的距離稱(chēng)為瑞利長(zhǎng)度或焦深，可用下式表示：

激光束特征描述及光束傳播定義四、光束的聚焦特性激光束的反射、透射聚焦聚焦后焦點(diǎn)半激光的產(chǎn)生激光的形成過(guò)程

工作物質(zhì)激勵(lì)、受激輻射自激振蕩增益外界能量注入（泵浦）光學(xué)諧振腔

激光的產(chǎn)生激光的形成過(guò)程CO2激光的產(chǎn)生工作物質(zhì)為：CO2、N2、He混合氣體，比例：6%、28%、66%；光束波長(zhǎng)：10.6μm;CO2激光的產(chǎn)生工作物質(zhì)為：CO2、N2、He混合氣體，比例CO2激光的產(chǎn)生1.激光束2.切向排風(fēng)機(jī)

3.氣流方向4.熱交換器

5.后鏡6.折疊鏡

7.高頻電極

8.輸出鏡

9.輸出窗口

高頻激勵(lì)橫流CO2激光器系統(tǒng)

一般氣流的流動(dòng)速度較慢,將熱量從放電腔中帶走。CO2激光的產(chǎn)生1.激光束高頻激勵(lì)橫流CO2激光器系統(tǒng)CO2激光的產(chǎn)生軸流式CO2激光器系統(tǒng)

幾個(gè)功能部件在諧振腔中采用了光學(xué)串聯(lián)方式連接，這樣既提高了功率，同時(shí)又保持了各部分獨(dú)立設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。

CO2激光的產(chǎn)生軸流式CO2激光器系統(tǒng)幾個(gè)功能部件在諧CO2激光的產(chǎn)生擴(kuò)散冷卻式CO2激光器系統(tǒng)

射頻氣體在兩個(gè)大面積銅電極之間放電，電極間隙很小，放電腔中通過(guò)水冷電極可達(dá)到很好的散熱效果，或的相對(duì)較高的能量密度。結(jié)構(gòu)緊湊、堅(jiān)固，氣體消耗小。CO2激光的產(chǎn)生擴(kuò)散冷卻式CO2激光器系統(tǒng)射頻氣激光器類(lèi)型：

橫流軸流擴(kuò)散冷卻

輸出功率等級(jí)：

3~45kW1.5~20kW0.2~3.5kW

脈沖能力：

DCDC-1kHzDC-5kHz光束模式：TEM02以上TEM00-TEM01TEM00-TEM01光束傳播系數(shù)(K)

0.150.40.8

氣體消耗：

小大極小電-光轉(zhuǎn)換效率：

15%15%30%

焊接效果：

較好好優(yōu)良

切割效果：差好優(yōu)良

相變硬化：

好一般一般

表面涂層：

好一般一般表面熔覆：

好一般一般

激光器類(lèi)型：橫流YAG激光的產(chǎn)生根據(jù)工作物質(zhì)分類(lèi)：紅寶石：激活離子Cr3+，波長(zhǎng)：694.3nm，三能級(jí)；

Nd:YAG：激活離子：Nd，波長(zhǎng)：1.06m，四能級(jí)；釹玻璃：激活離子：Nd，波長(zhǎng):1.06m，四能級(jí)根據(jù)泵浦方式分類(lèi)：氪閃光燈泵浦：脈沖氪燈照射在工作物質(zhì)棒上，輸出方式：脈沖；氪弧光燈泵浦:連續(xù)氪弧燈照射在工作物質(zhì)棒上，輸出方式：連續(xù)；二極管泵浦：采用陣列二極管照射工作物質(zhì)棒，輸出方式：連續(xù)和脈沖；調(diào)Q激光器：采用調(diào)Q技術(shù)使得激光的脈沖能量大大地提高（幾百千瓦），脈沖寬度：100~500ns，頻率：幾百~62kHz。

YAG激光的產(chǎn)生根據(jù)工作物質(zhì)分類(lèi)：YAG激光的產(chǎn)生燈泵浦Nd:YAG激光器

大功率激光器中，典型的Nd:YAG棒一般是長(zhǎng)150mm，直徑7~10mm。泵浦過(guò)程中激光棒發(fā)熱，限制了每個(gè)棒的最大輸出功率。單棒Nd:YAG激光器的功率范圍約為50~800W。YAG激光的產(chǎn)生燈泵浦Nd:YAG激光器大燈泵浦Nd:YAG體激光器

將幾個(gè)Nd:YAG棒串聯(lián)起來(lái)可獲得高功率的激光束，每個(gè)獨(dú)立的棒可通過(guò)透鏡引導(dǎo)并規(guī)則的排列起來(lái)。目前的Nd:YAG激光器系統(tǒng)多達(dá)8個(gè)腔。輸出4kW功率。1kW的脈沖Nd:YAG激光器YAG激光的產(chǎn)生燈泵浦Nd:YAG體激光器將幾個(gè)Nd:YATHANKYOUSUCCESS2022/10/2965可編輯THANKYOUSUCCESS2022/10/22

二極管泵浦YAG激光器

二極管在連續(xù)輸出模式下的使用壽命可超過(guò)10000小時(shí)(用于打標(biāo)時(shí)壽命可超過(guò)15000小時(shí))，而且無(wú)需任何維護(hù)。而弧光燈泵浦激光器的壽命只在1000小時(shí)以下(打標(biāo)激光器為2000小時(shí)以下)。低功率激光器：末端泵浦高功率激光器：側(cè)向、橫向泵浦YAG激光的產(chǎn)生二極管泵浦YAG激光器二極管在連續(xù)輸出模式下的使用

YAG激光器的氪弧燈與二極管泵浦源的譜線分布

二極管激光的發(fā)射光和Nd:YAG吸收波段之間的良好光譜匹配降低了Nd:YAG晶體上的熱負(fù)荷，從而可獲得較好的光束質(zhì)量，提高激光輸出功率和脈沖重復(fù)頻率。

YAG激光的產(chǎn)生YAG激光器的氪弧燈與二極管泵浦源的譜線二極管泵浦YAG激光器在材料加工中的優(yōu)勢(shì)較小的焦點(diǎn)直徑：切割、焊接時(shí)能達(dá)到很高的加工速度光束質(zhì)量高：工作距離大瑞利長(zhǎng)度大：焦點(diǎn)位置對(duì)公差不敏感二極管泵浦YAG激光器在材料加工中的優(yōu)勢(shì)較小的焦點(diǎn)直徑：切割激光器類(lèi)型：

YAGCO2

光束波長(zhǎng):1.06m10.6m輸出功率等級(jí)：

0.1~5kW0.5~45kW脈沖能力：

DC-60kHzDC-5kHz光束模式：多模TEM00-多模光束傳播系數(shù)（K）

0.150.1-0.8

電-光轉(zhuǎn)換效率：

3-10%15-30%光束傳輸:

光學(xué)鏡片或光纖光學(xué)鏡片焊接效果：優(yōu)良好切割效果：一般優(yōu)良表面處理:

好好運(yùn)行成本:

高低

CO2、YAG激光器性能比較激光器類(lèi)型：YAG

典型激光條結(jié)構(gòu)的發(fā)射表面是一個(gè)窄條，被分成25個(gè)子陣列，每個(gè)子陣列約有25個(gè)發(fā)射點(diǎn)，諧振腔由激光條的兩個(gè)表面構(gòu)成，長(zhǎng)度約為600μm。

半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)內(nèi)的電子空穴復(fù)合時(shí)，可以在非常窄、非常薄的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生幾毫瓦功率的光，許多這樣的元件組合起來(lái)可形成一個(gè)“激光條”。半導(dǎo)體激光的產(chǎn)生典型激光條結(jié)構(gòu)的發(fā)射表面是一個(gè)窄條，被分成25個(gè)子陣列，

激光條中，光以條紋形式發(fā)射，一個(gè)方向看類(lèi)似波紋頂部輪廓，另一側(cè)面看類(lèi)似高斯分布輪廓。半導(dǎo)體激光的產(chǎn)生激光條中，光以條紋形式發(fā)射，一個(gè)方向看類(lèi)似波紋頂部輪廓，

激光條前部安裝一個(gè)短焦距的微透鏡，將發(fā)散光轉(zhuǎn)換為平行光。進(jìn)一步提高功率，可在每個(gè)激光條的上面再安裝散熱器，通常將這樣的單元結(jié)構(gòu)稱(chēng)為“堆棧”，采用專(zhuān)門(mén)的反射鏡，將幾個(gè)這樣的堆棧合在一起，能夠傳輸?shù)淖畲蠊β蔬_(dá)6kW。半導(dǎo)體激光波長(zhǎng)808，940，980nm。半導(dǎo)體激光的產(chǎn)生激光條前部安裝一個(gè)短焦距的微透鏡，將發(fā)散光轉(zhuǎn)換為平行光。附帶電源的大功率半導(dǎo)體激光器半導(dǎo)體激光加工頭半導(dǎo)體激光的產(chǎn)生附帶電源的大功率半導(dǎo)體激光器半導(dǎo)體激光加工頭半導(dǎo)體激光的產(chǎn)生CO2、YAG、半導(dǎo)體激光器光束質(zhì)量對(duì)比CO2、YAG、半導(dǎo)體激光器光束質(zhì)量對(duì)比激光加工系統(tǒng)的構(gòu)成激光器CNC控制系統(tǒng)CNC控制工作臺(tái)循環(huán)水冷系統(tǒng)氣體供給系統(tǒng)光束傳輸及聚焦激光器控制器激光加工系統(tǒng)的構(gòu)成激光器CNCCNC控制循環(huán)水冷系統(tǒng)氣體供給反射鏡傳輸CO2激光器柔性臂式光束傳輸系統(tǒng)基本原理反射鏡傳輸CO2激光器柔性臂式光束傳輸系統(tǒng)基本原理光纖傳輸光纖傳輸基本原理