当前激光设备供应商主导机型是飞行光路结构,由于气体激光光束的发散特性,决定了光束传输过程中不同光程处的光斑大小不一致,势必影响聚焦能量和焦点的变化,导致加工幅面内切割质量不同目前解决的方案是增加恒光路机构或准直扩束。另外,CO2激光器对光程长度也有限制,由于轴快流激光器和slab激光器的模式,光束直径和发散角不同,前者一般小于8.5米,后者可以小于11米,光纤激光不存在光程变化问题。
光学元器件及其性能的影响
反射镜(全反射镜和圆偏镜)
用于千瓦级功率的激光切割,一般选用铜基材料,其表面镀膜材料决定了反射率的大小,高功率激光传导一般要求直接水冷,内部水冷通道结构式主要影响因素;保持镜面清洁和反射面精度(X-Y平行或垂直)是光束传导正常的必要条件。保持镜面清洁有利于改善断面粗糙度和提高切割速度,通过每组镜片的光束位置误差一般控制在2毫米以内较好。反射镜的直径一般为50毫米和70毫米两种,500W~1000W的CO2激光器由于光斑较大,需选用直径为70毫米。
聚焦镜
聚焦镜是激光切割的主要元件,目前CO2激光主要采用ZnSe材料,聚焦方式有平凸和双月型两种,焦距有10”、7.5”和5”三种,前者主要用于厚板的切割,7.5”兼具薄中厚切割,后者切割薄板有优势;边缘厚度有4.06和7.84mm的两种,厚型镜片承压能力高,一般用于高压切割;其破坏形式主要是冷却失效,镜面受到污染,表面结露等。正确选择镜片有利于改善断面粗糙程度和斜度。聚焦镜应不定期清洁保养,喷溅污染将使镜片吸收光能并导致变形和炸裂,使“光刀”变钝,切割断面热影响区扩大,严重时无法正常切割。另外长焦有利于改善断面斜度,这是因为长焦聚焦后光腰比短焦长的缘故。德国某公司研制的非球面反射式聚焦也可以实现切割,且达到衍射极限,焦点漂移量极小。
目前,用于大功率光纤激光切割的聚焦镜石英材料,焦距有125/150两种,前者对切割薄板有利,后者更方便加工中厚板。
另外,对于特厚板的切割,有些OEM也尝试采用双焦距聚焦镜,切割效果有明显改善。