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激光雕刻是一种先进并且应用广泛的加工方式,这种加工方式与传统加工方式相比有着诸多的优势。根据企业在低碳钢材料压力容器表面快速灵活高效的标刻出字符的要求,基于激光雕刻的优点,针对传统调Q振镜扫描式激光器不易快速高效的在材料尤其是金属材料上标刻出既深又宽的字符的不足,我们提出并采用了浅切割的方式,自主研发了一套适用于工业的全自动高速YAG固体激光深宽雕刻机。
为了在较高功率的激光输出同时获得较好的光束质量,并考虑到在工业应用时激光器需要长时间运转,此雕刻机的激光器采用双棒串接的方式,以便在激光器未到极限运转状态时即可完成生产要求,有效的延长了激光器的使用寿命。通过对稳定耐用性和高反射率的分析,泵浦腔采用了镀金的双椭圆金属腔。为了获得大的模体积和高光束质量的激光输出,光学谐振腔采取对称放置的平行平面腔。实际测量了Nd:YAG晶体棒的热焦距。分析了光学谐振腔长对光束质量和激光功率输出的影响。通过实验找到了输出镜的最佳透过率。激光注入功率与输出功率曲线基本呈一平滑的线性关系,激光输出250W,最佳光束质量M<2>因子值为35,连续运转6小时激光功率输出不稳定度在2%范围内,激光光束经聚焦后焦斑为0.3mm左右。
雕刻机的三轴联动转台、光学导光镜组和自动聚焦头与激光器相匹配,很好的保证了在压力容器的圆弧曲面上进行雕刻。机械运动系统具有很高的精度,实验测得其定位精度为平动方式0.01mm,转动方式0.01°;重复定位精度小于平动方式0.02mm,转动方式小于0.02°。整套设备由工控机进行控制,具有良好的自动化性能。
实际工艺实验过程中,激光输出功率200W,雕刻速度30mm/s时,在低碳钢压力容器表面雕刻出的字符宽度达到1mm,深度大于0.4mm,满足了工业生产的要求。