解释激光束特性对激光加工质量的影响

激光加工过程首先是热变化过程。激光发出的能量聚焦在较小的目标区域上，并将热量传递给加工过的材料。激光加工过程高度依赖于材料可以吸收的能量。处理过程的效率通常是辐照度的平方或立方的函数。因此，可以得出结论，工件上焦点的总能量和能量的空间分布是加工过程成功的关键，并且对工件空间能量分布形状的变形非常敏感。激光束。在激光焊接中，必须非常精确地控制零件之间的间隙，这要求激光束的能量始终对准相同的目标区域而没有焦点漂移。如果进行高速焊接，不良的梁结构会导致不良的焊接问题。在激光切割中，光束的质量和聚焦能力对于切口本身的质量至关重要。劣质光束会导致零件报废或返工并增加成本。 1.激光加工光束的特性参数和评估指标在高功率激光加工中，有许多因素会影响激光热处理。对于激光束，主要是聚焦功率密度，焦点形状，光强度分布和焦点漂移等。这些参数不仅与激光输出功率有关，而且还取决于光束模式的分布和稳定性。 1.1激光加工光束特征参数根据激光束对激光加工的影响，激光加工光束特征参数可分为三类：功率特征（激光功率，功率密度，连续或脉冲），光束特征（光束模式）。 ，光束质量，轮廓），光束），聚焦特性（聚焦大小，聚焦位置，聚焦深度）。这些光束特征参数不是独立的，而是相互影响的。对于相同功率的激光束，光束质量越好，焦点越小，焦点的功率密度越大。使用短焦距聚焦透镜的同一激光可以获得较小的聚焦和较大的聚焦功率密度，但会导致较大的像差，难以加工的透镜，并且短聚焦也容易受到聚焦透镜的污染。使用长焦距聚焦透镜，可以获得更大的焦斑和更长的焦深，并且光斑偏移对激光加工质量的影响相对较小。光束质量是光束特性中最重要的参数之一，它对光束能量分布，焦距大小，功率密度等重要参数有很大的影响。这是评估激光制造系统的关键参数。它不仅标志着激光制造系统的可加工性（如图1所示），还对激光材料加工过程产生了重要影响。图1不同加工方法对激光制造系统的激光功率和光束质量的要求1.2光束质量任何旋转对称的激光束都具有三个参数特征：光学腰部位置Z0，光束束腰半径omega，0和远场发散角（半角）θ，0。图2激光束特征参数（1）光束质量特征值各种特征值用来描述激光束的质量：K因子，光束质量因子（ M2）和光束参数乘积（BPP），这些特征值可以通过简单的计算直接相互转换。光束参数乘积是θ0和ω0的乘积，该乘积在整个激光传输区域中都是守恒的。例如，通过安装透镜或扩束器改变光束直径将影响光束的发散角。因此，光束参数乘积用于测量光束聚焦能力。仅当使用像差或光圈效应光学系统时，才会影响外部光路的光束参数乘积。图3示出了通过激光加工以不同的值获得的蒸汽槽的形状。从图中可以清楚地看到，当该值增加时，即光束质量下降时，整个蒸汽槽的纵横比将大大降低ed，凹槽形状从香蕉形（图3a）变为喇叭形（图3b）。图3不同光束质量的激光焊接形成的蒸汽槽的形状