Лазерный мир

Н. В. Грезев, И. Н. Шиганов, А. А. Васильев // Журнал Фотоника, №3, 2022

Представлены результаты расчетов параметров оптической схемы проникновения излучения мощных волоконных лазеров в материалы большой толщины. Показано, что реализация оптической схемы из коллимирующей линзы с фокусным расстоянием 160 мм (С160) и фокусирующей линзы, короткофокусной (F250) или длинофокусной (F400), дает наилучшие оптические характеристики, необходимые для плавления материалов большой толщины. В системе фокусировки IPG FLW D50 реализованы оптимальные параметры оптической схемы. Экспериментально показано, что выбранные параметры оптической схемы позволяют получить качественный сквозной проплав на сталях толщиной до 12 мм. Предпочтительной оптической схемой для сварки материалов большой толщины следует считать соотношение С 160 / F400.

Лазерное излучение на выходе из резонатора, как правило, нельзя непосредственно использовать для технологических целей, так как оно не обеспечивает требуемой концентрации энергии, характера распределения плотности мощности в пучке излучения и других требуемых характеристик. Обеспечение плотности мощности, переотражения лучей в канале и влияние их на процесс проплавления создается параметрами оптической системы фокусировки лазерного пучка. В частности, фокусным расстоянием, рэлеевской длиной в фокусе (перетяжке), абберациями, и пр. Кроме того существенное влияние оказывает положение перетяжки лазерного пучка относительно поверхности обрабатываемого металла [12]. При изменении положения перетяжки лазерного пучка возникают различные дефекты формирования в виде брызг, вытекания металла, пор, которые приводят к образованию дефектов при сварке [13].

Для обеспечения стабильного формирования канала проплавления и закристаллизовавшегося металла при сварке излучением волоконного лазера большой мощности необходимо в первую очередь рассчитать и сконструировать оптимальную оптическую схему, которая обеспечит необходимый диаметр пятна в перетяжке лазерного пучка и глубину фокуса (рэлеевскую длину). В зависимости от выбора оптической схемы можно будет определить положение фокуса относительно поверхности обрабатываемого металла и все остальные параметры.

Целью настоящей работы является определение базовых принципов подбора оптических схем фокусирования излучения волоконных лазеров для сварки металлов различных толщин. Преобразование лазерного излучения осуществляется оптической головой IPG FLW D50. Эффективность разработанной оптической схемы проверялась в процессе лазерной сварки со сквозным проплавлением пластин из сталей 09Г2С (К52) и 10Г2ФБЮ (К60) толщиной от 8 до 12 мм.

Полное содержание статьи https://www.photonics.su/files/article_pdf/9/article_9324_854.pdf