[发明专利]激光混合气体

说明书

技术领域

本发明涉及一种工业加工中激光切割机用的激光混合气体，特别涉及一种在二维激光切割机床用的四元激光混合气体，用于钢材的钣金加工。

背景技术

一切以气体或蒸汽作为激光工作物质的激光器，统称为气体激光器。这是目前种类最多、发展最快、应用最广的一类激光器。通常可以把气体激光器划分为原子气体激光器、离子气体激光器、分子激光器和准分子激光器。气体激光器的激励方式很多，通常采用气体放电激励，此外还可采用电子束激励、气动式激励、化学激励、光激励和核动激励等。气体激光器与液体激光器、固体激光器和半导体激光器一样，已经实现了实用化。它已广泛用于工农业生产、科学研究、国防建设和医疗卫生等领域。气体激光器的重要特点之一，激光工作物质是混合气或单一纯气体。由于激光混合气中组分气的含量、纯度直接影响激光的性能，特别是气体中氧、水、碳氢化合物等杂质的存在，将导致激光输出功率在镜(面)和电极上的耗损，还会引起激光发射的不稳定。因此，对激光混合气组分的含量、纯度有着特殊要求，包装混合气的钢瓶，充装前也必须进行干燥处理，防止污染混合气。一般将氦(He)-氖(Ne)激光作为第一代气体激光，二氧化碳激光是第二代气体激光，在半导体制造领域将大量使用的氟化氪 (KrF)激光，可称为第三代气体激光。

工业切割领域用激光气体一般都使用第二代的二氧化碳激光，在这里二氧化碳是主要的决定能态，实现振动和产生激光作用的主导气体，但是其它气体成分的辅助作用也不可忽视。例如在CO，CO₂，He，N₂的四元激光混合气体，氮气分子把自己激发能量传递给二氧化碳分子，起着能量传递的作用，从而为大功率、高效率的激光输出提供了有力的保证。而氦气因为原子质量较轻，在一定的能级上其速度较快，频繁碰撞二氧化碳分子，从而使二氧化碳的剧烈运动中产生激发能量。一氧化碳的主要作用是阻止二氧化碳在高能态情况下的分解。另外氦气的热导系数较一氧化碳、二氧化碳和氮气都要高的多，从而可提高放电管内的热量向管壁传递的速度，降低工作气体的温度，以稳定和提高激光输出功率。

现有的激光混合气体的使用上存在切割线粗，毛边多，且切割钢板的厚度有限一般在12 毫米左右。

发明内容

本发明的目的旨在克服上述不足之处，提供一种切割厚度高，切割线、毛边等一切必要质量条件均由良好表现的激光混合气体。

本发明的技术方案如下：

一种激光混合气体，其组成和体积比为：CO：5％，CO₂：6.5％～8.5％，He：30％，N₂： 57.5％～60.5％。

本发明的最佳技术方案是：

一种激光混合气体，其组成和体积比为：CO：5％，CO₂：7.5％，He：30％，N₂：59％。

使用本发明的激光混合气体可使二维激光切割机床的最大输出功率达到5000瓦，最大切割钢板厚度达到30mm，并能很好的保证工件质量。

具体实施方式

实施例1：

在TRUMATICL3050型(德国通快)二维激光切割机床上使用如下比例的气体，CO：5％、CO₂： 6.5％、He：30％、N₂：60.5％，可使激光切割机床的输出功率达到近5000瓦，在钣金加工的过程中，工艺稳定，切割线、切口等一切必要质量条件均有良好表现，同时达到了最大切割厚度30mm。

实施例2：

在TRUMATIC L3050型(德国通快)二维激光切割机床上使用如下比例的气体，CO：5％、 CO₂：8.5％、He：30％、N₂：57.5％，采用本配比的切割时间有所延长，说明随着二氧化碳含量的降低，激光发生功率有所降低。

对同一批生产的激光混合气体，在同一台设备，同样的工况下进行试验亦发现如下规律：水分含量越大，激光输出功率越不稳定，当H₂O、O₂含量严重超标的情况下甚至会烧坏激光发生器激光头。所以，我们对激光混合气体的成品进行了严格的质量控制，将H₂O、O₂含量做为重要的控制指标。