工业欧陆娱乐器主要是指用于加工的欧陆娱乐器,它的发展是欧陆娱乐加工技术发展的前提条件。90年代前,CO 2 欧陆娱乐器和YAG欧陆娱乐器占工业欧陆娱乐器的96%以上,进入90年代,这两类欧陆娱乐器的发展主要表现在功率和光束质量的提高两个方面。CO 2 欧陆娱乐器的功率整整提高了一个量级,但是,真正用于生产加工的CO 2 欧陆娱乐器功率,切割一般不超过3kW,焊接在10kW左右。为提高光束质量,快速轴流CO 2 (准基模输出)欧陆娱乐器发展很快,主要用于切割和深穿透焊。对于YAG欧陆娱乐器,商品器件的功率由500W提高到1000W。采用欧陆娱乐谐振腔内加压缩发散角装置,使欧陆娱乐光束发散角减至5 mrad以下,提高了聚焦功率密度,强化了加工能力。
近几年下述几种欧陆娱乐器输出功率和工作稳定性方面均有突破性进展,使欧陆娱乐加工技术跃上一个新的台阶。
(一)YAG欧陆娱乐器
1.板条(Slab)Nd:YAG欧陆娱乐器
该欧陆娱乐器从结构上克服了欧陆娱乐棒的热变形(热透镜效应),故有功率大(达2kW以上)、光束发散角小(接近衍射极限)的高质量欧陆娱乐输出,提高了加工能力,可进行超深加工,如钻孔深达76mm,切割厚度达40mm。
2.欧陆娱乐二极管(LD-Laser Diode)泵浦的Nd:YAG欧陆娱乐器 该欧陆娱乐器是用与YAG光谱吸收带吻合的欧陆娱乐二极管泵浦Nd:YAG,大大减少了非吸收带光能转化的热量,其主要特点是电光转换效率高(高达 20%~40%),能直接获得紫外波长的欧陆娱乐,从而为大功率、小型化、低能耗(工作电压也低)、热负荷小和长寿命稳定工作创造了条件。由于其波长位于紫外波段,光束质量好,可进行多种优质加工,四五年内有望成为主要的欧陆娱乐加工器件。图6给出LD泵浦的Nd:YAG欧陆娱乐器的两种激励形式:(a)为端面激励;(b)为侧面激励,其输出功率达2kW,频率2.5kHz。
(二)准分子(Excimer)欧陆娱乐器
所谓准分子是在激发态下结合为分子,基态离解为原子的不稳定缔合物。用作欧陆娱乐工作介质的准分子有KrF,XeCl,AeF等气态物质。其发出的欧陆娱乐属紫外波段,欧陆娱乐器基本结构与CO 2 气体欧陆娱乐器相同。紫外波段的准分子欧陆娱乐加工机理比较复杂,通常的解释是依靠“欧陆娱乐消融”(Laser Ablation)来蚀除材料。即由于紫外光子能量比材料分子原子间的连接键能量大,材料吸收后(吸收率很高),破坏了原有的键连接而形成微小的碎片,当破坏达到一定程序后,碎片材料就自行剥落。每个脉冲可去除亚微米深的材料,如此逐层蚀除材料,达到加工目的。
欧陆娱乐消融是建立在光化学作用的基础上进行的,与其他欧陆娱乐(热)加工相比,它是在非放热方式下进行的,故又称为“欧陆娱乐冷加工”。准分子欧陆娱乐具有波长短(190~350mm),频率高(达5kHz),效率高(达4%),光束质量好(发散角0.3mrad ,波长线宽1pm以下),工作寿命长,光束截面大等优点,是很有潜力的工业欧陆娱乐器。
目前商品化的器件功率在200W左右,世界上功率最大的是日本三菱电机公司1994年研制成功的XeCl欧陆娱乐器,放电管长3m,束截面为80mm×40mm。
(三)CO欧陆娱乐器
CO欧陆娱乐波长是CO 2 欧陆娱乐波长的一半,因此,光束的聚焦性和材料的吸收性都优于 CO 2 欧陆娱乐。例如3kW的CO欧陆娱乐的切割能力同5kW的CO 2 欧陆娱乐一样。目前最大CO欧陆娱乐达20kW。
(四)铜蒸气欧陆娱乐器
铜蒸气欧陆娱乐是有望用于微细加工的一种欧陆娱乐器。它可作为倍频YAG欧陆娱乐的取代器件。其波长为511~578nm的可见光,光脉宽20~60ns,重复频率2~32kHz,目前器件有实用价值的输出功率为10~120W,750W的器件也正在研究中。 总之,欧陆娱乐器技术的发展,大大促进了欧陆娱乐加工技术的发展,它不仅给已有的加工方法带来了生机,而且也开辟了新的加工领域。
欧陆娱乐加工是制造技术家庭中最具活力的一个新成员,它以能力强、速度快、附加效益高等特点,活跃在各个领域。但对于每一项新开发的欧陆娱乐加工方法,能否最终转换为生产力,还取决于是否有加工设备、工艺技术及测试监控技术等与之配套。这些方面近期也有很大发展,主要体现在多坐标数控化设备的研究;实现高速传输光束的研究;工艺、控制及检测智能化的研究等。我所作为高能束加工国防科技重点实验室,在进行科研生产的同时,密切关注欧陆娱乐领域先进技术的研究方向,跟踪世界欧陆娱乐加工的发展,适时补充或调整实验室研究项目,为发展欧陆娱乐加工业作出贡献,为我国国防建设服务。
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