Може ли регулируемият точков лазерен модул DOE да се използва при лазерно заваряване?

DOE лазерен модулпроизвежда петна с точкови пръстени с регулируема енергия, които могат да се използват за лазерно заваряване. Но как да го използваме? Нека научим знанията заедно!

Скоростта на лазерно заваряване може да се регулира чрез използване на разпределението на енергията на точковия лазерен пръстен на Гаус и ефектът на лазерното заваряване с точков пръстен може да се постигне чрез регулиране на точковия енергиен процес на точковия пръстен, така че да се подобри скоростта и ефекта на заваряване. Ето една нова и проста концепция, базирана на лазерна дифракция, за реализиране на точково пръстеновидно оформяне на петна на стандартни лазери с влакна. Методът за оформяне на пръстен на Гаус, базиран на DOE, се състои само от две DOE лещи. Той е лесен за използване и може точно да контролира енергийното съотношение между точките и кръговите светлинни петна, за да помогне на потребителите бързо да намерят оптималния ефект на заваряване. Модулът може да се върти между 100 процента енергия на централното петно ​​и без енергия на централното петно, може да работи с едномодови и многомодови лазери, изключително компактен е (под 20 mm дължина) и има висока лазерна индуциран праг на увреждане (LDT) на пасивни дифракционни елементи. Тази концепция избягва необходимостта от специален лазер с гаусови влакна и прави дизайна на заварената лазерна глава много по-прост.

Лазерното заваряване е технология, широко използвана в много индустриални процеси в автомобилостроенето, корабостроенето, производството на батерии и други индустрии, в които скоростта на заваряване се превръща в един от най-критичните фактори, ограничаващи процеса в много приложения за лазерно заваряване. Високата скорост на заваряване на лазера ще бъде ограничена от различни физически явления по време на процеса на заваряване, като пръски, гърбица и повишена порьозност на заваръчния шев. Ограниченията на тези процеси на заваряване могат да бъдат значително намалени, когато се използва методът на лазерно заваряване с точков пръстен. За различни параметри на процеса на заваръчни материали (като дебелина на метала, тип метал и геометрия), лазерното заваряване с точков пръстен изисква различни регулируеми енергийни съотношения точка-пръстен, за да осигури най-добрия процес при високи скорости на заваряване. Следователно, за много оптични системи, контролирано, регулируемо решение за оформяне на мощността на лъча е сравнително предимство.

Както е показано на Фигура 1, в тази схема за оформяне на точков пръстен, три относителни позиции (a, b и c) на два DOE са показани нагоре: относителните ъгли на въртене на двата DOE са 0, 7,5, и съответно 15 градуса. Долу показва разпределението на интензитета, свързано с всяка посока на въртене нагоре: (d) в която цялата мощност е концентрирана в централната точка, (f) в която цялата мощност е концентрирана в пръстена, докато (e) е местоположението където енергията на регулируем точков пръстен се разпределя пропорционално, като част от енергията е част в централната точка и част в околния пръстен.

При лазерно оформяне с пръстен на Гаус, базирано на схемата за регулируемо енергийно съотношение на влакното с точков пръстен, по-често срещаният метод за оформяне на петно ​​с точков пръстен е използването на специален многомодов оптичен лазер, който има двойно или три ядро, центърът ядрото е заобиколено от едно или две едновременни пръстеновидни ядра и всяко ядро ​​може да настрои лазерната си мощност отделно. По този начин мощността на централното светлинно петно ​​и околното пръстеновидно светлинно петно ​​могат да се регулират. В сравнение с обикновените многорежимни високомощни оптични лазери, тази лазерна система има по-висока сложност и цена. Второ, високата числена апертура (NA) на такова гаусово пръстеновидно лазерно влакно предполага необходимостта от специален колиматор, често изискващ по-голям оптичен компонент от стандартния заварен оптичен компонент на влакнестите лазери, които се използват в момента. И накрая, често има ограничение за съотношението между централните и пръстеновидните петна. При лазерно заваряване с точков пръстен, за да се получи повече мощност в спойката, обикновено е необходимо да се увеличи мощността вътре в пръстена. По-голямата част от мощността отива в централната точка и само малка част отива в пръстеновидната точка, така че пълната мощност на лазера не може да се използва в този случай, освен ако не се използва персонализирано съотношение на сърцевината на влакното.

Тази фигура описва алтернативен метод за точково пръстеновидно петно, базирано на лазерно оформяне на пръстен на Гаус, който постига ефект на лазерно заваряване с точков пръстен, позволява пълно регулиране на съотношението на мощността и също така е проста, икономична и директна оптична система. Базиран на дифракционна оптика, този метод е предоставил добро решение за размера на системното пространство на мулти-киловатова оптична лазерна система и преодолява недостатъка на добавянето на друг компонент към оптичната система.

Схемата за оформяне на дифракцията се състои от два идентични дифракционни елемента DOE, известни също като фазови пластини, разположени на една и съща оптична ос. Чрез завъртане на една фазова плоча към друга може да се получи фазовото забавяне между пръстена и централната точка. Когато въртенето между фазовите плочи е нула и между пълните сегменти, общата фаза се припокрива частично, както е показано на фигура 1b, което води до част от енергията, навлизаща в пръстена, докато останалата част от енергията навлиза в централната точка, делът на който може да се регулира непрекъснато.

Цялостната ефективност на преноса на енергия на точка-пръстен варира от 100 процента за единична централна точка до 80 процента за единичен пръстен. Ефективността се губи при по-високи порядъци на предаване на дифракция и се появява като пръстен от втори ред при по-високи ъгли. Целият диапазон на вариация възниква при един ъгъл на въртене, равен на един ъглов сегмент. Вариацията на мощността на централната точка е показана на фигура 2, която има нелинейна връзка с ъгъла на въртене.

Оптимизирането на регулируемата точкова точкова енергия е много важно при лазерното заваряване с точков пръстен. След като параметрите на процеса са определени, регулируемите тороидални и точковидни модули могат да бъдат заменени от единичен пасивен DOE, чието персонализирано тороидално към точково съотношение на мощността се счита за най-добрият избор за определен процес на заваряване. Това осигурява по-компактно и икономично ортопедично решение. Този клас базирани на Do методи, базирани на дифракция, предлага пълен контрол върху съотношението на мощността между точковите пръстени в сравнение с фиброоптични решения, предлагани в момента на пазара, за разлика от фиброоптични решения с по-ограничена регулируемост. Този модул може да бъде адаптиран за големи лъчи (15-22 mm в диаметър), които обикновено се използват за многокиловатови лазери, т.е. оптичният елемент може да бъде монтиран към готова ръчна или електрическа въртяща се стойка, за да образува оптичен модул . Такива модули могат да бъдат поставени на оптичната ос зад лазерния колиматор или дори по-добре директно на входа на лазерната глава или сканиращата система. Тези конфигурации позволяват заварената оптика да бъде съвместима с тази, използвана в стандартните многомодови влакнести лазери, без да е необходимо да се отчита по-голяма NA и по-голямата, по-скъпа оптика, необходима като при пръстеновидните влакнести лазери. Пълният обхват на регулиране трябва да се постигне само чрез маневриране на въртящата се маса за няколко секунди, за да завършите регулирането на регулируемото точково пръстеновидно точково енергийно съотношение. В допълнение, той е особено полезен за микрозаваряване с използване на едномодов падащ лъч, тъй като факторите, които ограничават скоростта на обработка, обикновено не са мощността на едномодовото влакно, а по-скоро гърбицата, порьозността и други проблеми, които могат да бъде намален чрез прехвърляне на част от лазерната мощност към пръстеновидната област около петното. Освен това ъгълът на пръстена на неговия дифракционен разтвор е нечувствителен към размера на входния лъч, осигурявайки повече гъвкавост за оформяне. Поради това базираният на дифракция режим на оформяне на точков пръстен осигурява много предимства за лазерното заваряване и в същото време е прост, евтин и силен.

Информация за връзка:

Ако имате някакви идеи, не се колебайте да говорите с нас. Без значение къде са нашите клиенти и какви са нашите изисквания, ние ще следваме нашата цел да предоставим на нашите клиенти високо качество, ниски цени и най-доброто обслужване.