[发明专利]一种基于复合激光束的金属切割装置

说明书

本发明公开了一种基于复合激光束的金属切割装置，包括第一激光发生模块、第二激光发生模块、激光合束模块以及辅助气体模块，第一激光发生模块输出可使金属融化为金属熔融物的激光，第二激光发生模块输出可排出金属熔融物的激光，激光合束模块将第一激光发生模块输出激光与第二激光发生模块输出激光合束为复合激光束，辅助气体模块输出高速气流作用于金属熔融物产生第一反冲力，复合激光束作用于金属，复合激光束中第一激光发生模块输出激光将金属融化为金属熔融物，复合激光束中第二激光发生模块输出激光在金属表面产生第二反冲力，由第一反冲力与第二反冲力共同排出金属熔融物，加速排出速度，减少重铸层和残渣形成，提高激光切割效率和质量。

技术领域

本发明属于光电子技术领域，具体涉及一种基于复合激光束的金属切割装置。

背景技术

从提出吹氧法进行金属激光切割以来，激光切割技术因其切速快、无接触性、热影响区域小、热变形小、广泛的适应性与灵活性，成为工业领域重要的现代先进加工技术。目前激光切割技术可分为汽化切割、无氧熔化切割、氧助熔化切割以及控制断裂切割。激光切割技术的原理是激光作用于加工材料，激光能量使加工材料熔化，通过高速气流来排出熔融物。由于熔融物排出速度较慢，激光切割效率得不到提高，易形成重铸层，另外，主要依靠高速气流来排出熔融物容易引发熔渣黏在背面，在材料背面形成残渣毛刺，高速气流的风速和方向对切割的动态精度影响很大，且高速气流越大，对动态精度影响就越大。

因此，目前激光切割技术普遍存在着运行速度低、动态精度差以及切割断面质量不易保证等问题，为了进一步提高产品质量和生产率，降低运行成本，需要提出的新型激光切割装置，以满足日益增长的生产需要。

发明内容

针对上述缺陷本发明提供一种基于复合激光束的金属切割装置，旨在解决现有激光切割装置由于气流排出熔融物的速度较慢而导致切割效率低、切割断面质量差的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种基于复合激光束的金属切割装置，包括第一激光发生模块、第二激光发生模块、激光合束模块以及辅助气体模块；第一激光发生模块输出端与激光合束模块一输入端连接，第二激光发生模块输出端与激光合束模块另一输入端连接；

所述第一激光发生模块，用于输出可使金属融化为金属熔融物的激光；

所述第二激光发生模块，用于输出可排除金属熔融物的激光；

所述激光合束模块，用于将可使金属融化为金属熔融物的激光与可排除金属熔融物的激光合束为复合激光束；

所述辅助气体模块，用于输出方向与复合激光束方向相同的高速气流。

由第一激光发生模块输出可使金属融化为金属熔融物的激光，由第二激光发生模块输出可排除金属熔融物的激光，经过激光合束模块将第一激光发生模块输出激光与第二激光发生模块输出激光合束为复合激光束，复合激光束作用于金属，在复合激光束中第一激光发生模块输出激光作用下，金属表面熔化为金属熔融物，金属熔融物逐渐向材料内部延伸，少部分金属熔融物液化蒸发，大部分金属熔融物在第二激光发生模块输出激光形成的反冲力与高速气流形成的反冲力共同作用下，以液态的形式溅射排出，迅速在金属表面形成孔洞，在金属表面形成孔洞后，沿着切割的方向，金属相对于复合激光和高速气流运动，形成切缝。

进一步地，还包括激光聚焦模块，用于将复合激光束聚焦，激光合束模块输出端与激光聚焦模块输入端连接，通过聚焦复合激光束可以提升复合激光束的功率密度，有利于提高切割效率和质量。

进一步地，所述第一激光发生模块输出平均功率在5MW/cm2～50MW/cm2的激光，该平均功率下的激光可以切割常见的金属，例如不锈钢、铜和碳钢等。

进一步地，所述第一激光发生模块为连续激光器或脉冲宽度在毫秒级的长脉冲激光器。

进一步地，所述第二激光发生模块输出峰值功率达到5000W以及脉冲宽度为微秒级以下激光，可以产生更大的反冲力，有利于排出金属熔融物，提高切割效率和质量。