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              金屬與非金屬激光切割時切縫內激光束不同的傳輸特性

              【現象與原理】

              A 金屬切割

              切縫寬度會因加工材料表面對激光束的聚光特性和焦點的設定精度而變化。圖1.6一l顯示了加工透鏡的焦點距離與坡度之間的關系,所顯示的數據分別為:以CW條件及脈沖條件進行加工時的切縫上部寬度(U)、底部寬度(L)、坡度(T)。透鏡的焦點距離越短,聚光點的直徑就越小,上部縫寬和坡度也就越小。

              圖1.6.2顯示了焦點位置與坡度的關系。焦點位置Z在加工材料的表面時為Z =O,移動距離(h)用毫米(mm)單位來表示,向上為正(+)、向下為負(一)。焦點位置設定在加工材料表面(Z=0)時,上部切縫寬度和坡度都為最??;焦點位置向上或向下移動,坡度都會擴大。此坡度擴大的原理如圖1.6—3所示,當焦點位置偏離材料表面時,照射到材料表面的光束直徑就會擴大,熔融范圍也會相應變大,坡度就因此而變大。

              B 非金屬切割

              圖1.6-3顯示了金屬與非金屬激光切割時切縫內激光束不同的傳輸特性。非金屬切割時,切縫的內壁基本上是不會發生激光束的反射的。切縫寬度將隨著光束從焦點位置向下的擴散角而擴大,再隨著激光功率沿厚度方向的逐漸減弱而變窄。要減小坡度,就需要對焦點位置進行調節,要讓光束的擴敖角與能量密度保持平衡。


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              圖1. 6-4所示為加工30mm厚壓克力板時,切縫的上部寬度(U)、中央部寬度(M)及底部寬度(L)與焦點位置的關系。焦點位置為Z=+4~8mm時的坡度為最小。圖1.6—5顯示了當光束的擴散角接近于平行時的加工特性。在20mm厚的壓克力板上放一張有1.2mm寬狹縫的金屬板,讓光束在狹縫的內壁上進行反射。激光束的擴散角小時,將只有輸出功率的衰減起作用,切縫將按上部、中部、下部的順序沿厚度方向逐漸變窄,呈現為“楔子”狀??梢钥闯?,要減小坡度,就需要光束的擴散角適宜。

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