本發(fā)明屬于光電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于復(fù)合激光束的金屬切割裝置。

背景技術(shù)：

從提出吹氧法進(jìn)行金屬激光切割以來(lái)，激光切割技術(shù)因其切速快、無(wú)接觸性、熱影響區(qū)域小、熱變形小、廣泛的適應(yīng)性與靈活性，成為工業(yè)領(lǐng)域重要的現(xiàn)代先進(jìn)加工技術(shù)。目前激光切割技術(shù)可分為汽化切割、無(wú)氧熔化切割、氧助熔化切割以及控制斷裂切割。激光切割技術(shù)的原理是激光作用于加工材料，激光能量使加工材料熔化，通過(guò)高速氣流來(lái)排出熔融物。由于熔融物排出速度較慢，激光切割效率得不到提高，易形成重鑄層，另外，主要依靠高速氣流來(lái)排出熔融物容易引發(fā)熔渣黏在背面，在材料背面形成殘?jiān)?，高速氣流的風(fēng)速和方向?qū)η懈畹膭?dòng)態(tài)精度影響很大，且高速氣流越大，對(duì)動(dòng)態(tài)精度影響就越大。

因此，目前激光切割技術(shù)普遍存在著運(yùn)行速度低、動(dòng)態(tài)精度差以及切割斷面質(zhì)量不易保證等問(wèn)題，為了進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率，降低運(yùn)行成本，需要提出的新型激光切割裝置，以滿足日益增長(zhǎng)的生產(chǎn)需要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述缺陷本發(fā)明提供一種基于復(fù)合激光束的金屬切割裝置，旨在解決現(xiàn)有激光切割裝置由于氣流排出熔融物的速度較慢而導(dǎo)致切割效率低、切割斷面質(zhì)量差的技術(shù)問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于復(fù)合激光束的金屬切割裝置，包括第一激光發(fā)生模塊、第二激光發(fā)生模塊、激光合束模塊以及輔助氣體模塊；第一激光發(fā)生模塊輸出端與激光合束模塊一輸入端連接，第二激光發(fā)生模塊輸出端與激光合束模塊另一輸入端連接；

所述第一激光發(fā)生模塊，用于輸出可使金屬融化為金屬熔融物的激光；

所述第二激光發(fā)生模塊，用于輸出可排除金屬熔融物的激光；

所述激光合束模塊，用于將可使金屬融化為金屬熔融物的激光與可排除金屬熔融物的激光合束為復(fù)合激光束；

所述輔助氣體模塊，用于輸出方向與復(fù)合激光束方向相同的高速氣流。

由第一激光發(fā)生模塊輸出可使金屬融化為金屬熔融物的激光，由第二激光發(fā)生模塊輸出可排除金屬熔融物的激光，經(jīng)過(guò)激光合束模塊將第一激光發(fā)生模塊輸出激光與第二激光發(fā)生模塊輸出激光合束為復(fù)合激光束，復(fù)合激光束作用于金屬，在復(fù)合激光束中第一激光發(fā)生模塊輸出激光作用下，金屬表面熔化為金屬熔融物，金屬熔融物逐漸向材料內(nèi)部延伸，少部分金屬熔融物液化蒸發(fā)，大部分金屬熔融物在第二激光發(fā)生模塊輸出激光形成的反沖力與高速氣流形成的反沖力共同作用下，以液態(tài)的形式濺射排出，迅速在金屬表面形成孔洞，在金屬表面形成孔洞后，沿著切割的方向，金屬相對(duì)于復(fù)合激光和高速氣流運(yùn)動(dòng)，形成切縫。

進(jìn)一步地，還包括激光聚焦模塊，用于將復(fù)合激光束聚焦，激光合束模塊輸出端與激光聚焦模塊輸入端連接，通過(guò)聚焦復(fù)合激光束可以提升復(fù)合激光束的功率密度，有利于提高切割效率和質(zhì)量。

進(jìn)一步地，所述第一激光發(fā)生模塊輸出平均功率在5MW/cm²～50MW/cm²的激光，該平均功率下的激光可以切割常見(jiàn)的金屬，例如不銹鋼、銅和碳鋼等。

進(jìn)一步地，所述第一激光發(fā)生模塊為連續(xù)激光器或脈沖寬度在毫秒級(jí)的長(zhǎng)脈沖激光器。

進(jìn)一步地，所述第二激光發(fā)生模塊輸出峰值功率達(dá)到5000W以及脈沖寬度為微秒級(jí)以下激光，可以產(chǎn)生更大的反沖力，有利于排出金屬熔融物，提高切割效率和質(zhì)量。

進(jìn)一步地，所述第二激光發(fā)生模塊為脈沖寬度在微秒級(jí)以下的脈沖激光器。

進(jìn)一步地，所述激光合束模塊為光纖合束器，所述第一激光發(fā)生模塊通過(guò)光纖與所述光纖合束器相連，所述第二激光發(fā)生模塊通過(guò)光纖與所述光纖合束器相連，光纖合束器集成度高，穩(wěn)定性好。

進(jìn)一步地，所述激光合束模塊為偏振合束器，第一激光發(fā)生模塊輸出偏振激光射到偏正合束器上，第二激光發(fā)生模塊輸出偏振激光射到偏振合束器上，且第一激光發(fā)生模塊輸出偏振激光偏振態(tài)與第二激光發(fā)生模塊輸出偏振激光偏振態(tài)正交。

進(jìn)一步地，所述激光合束器為空間合束器，第一激光發(fā)生模塊輸出激光射到空間合束器上，第二激光發(fā)生模塊輸出激光射到偏正合束器上，且第一激光發(fā)生模塊輸出的激光與第二激光發(fā)生模塊輸出的激光垂直，空間合束器操作簡(jiǎn)便，易實(shí)現(xiàn)。

通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，取得以下有益效果：

1、由第一激光發(fā)生模塊輸出的激光和第二激光發(fā)生模塊輸出的激光組成的復(fù)合激光束切割金屬，復(fù)合激光中第一激光發(fā)生模塊輸出的激光融化金屬并形成金屬熔融物，第二激光發(fā)生模塊輸出的激光可以達(dá)到很高的表面溫度形成反沖力，由第二激光發(fā)生模塊輸出的激光形成的反沖力與高速氣流形成的反沖力共同作用下，使金屬熔融物快速以液態(tài)濺射的方式排出，減少重鑄層和材料殘?jiān)男纬?，使加工金屬表面粗糙度小，提高激光切割金屬的質(zhì)量，且顯著提高切割效率。

2、本發(fā)明利用第一激光發(fā)生模塊輸出激光與第二激光發(fā)生模塊輸出激光組成的復(fù)合激光束切割金屬，降低了對(duì)激光器的要求，并達(dá)到更好的切割效果，顯著降低了本發(fā)明的成本。

附圖說(shuō)明

圖1本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2本發(fā)明的另一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3本發(fā)明的另一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4本發(fā)明的另一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1所示，本發(fā)明提供的基于復(fù)合激光束的金屬切割裝置包括第一激光發(fā)生模塊，用于輸出可融化金屬為金屬熔融物的激光，第二激光發(fā)生模塊，用于輸出可排出金屬熔融物的激光，激光合束模塊，用于將由第一激光發(fā)生模塊輸出激光與由第二激光發(fā)生模塊輸出激光合束為復(fù)合激光束，第一激光發(fā)生模塊輸出端與激光合束模塊的一輸入端連接，第二激光發(fā)生模塊輸出端與激光合束模塊的另一輸入端連接。

復(fù)合激光束作用于金屬上，在復(fù)合激光中第一激光發(fā)生模塊輸出激光的作用下，金屬表面首先被熔化為金屬熔融物，金屬熔融物逐漸向材料內(nèi)部延伸，少部分金屬熔融物液化蒸發(fā)，大部分金屬熔融物在高峰值功率激光形成的反沖力與高速氣流形成的反沖力共同作用下，以液態(tài)的形式濺射排出，復(fù)合激光束迅速在金屬表面形成孔洞，金屬沿著切割的方向相對(duì)于復(fù)合激光和高速氣流運(yùn)動(dòng)，形成切縫。

通過(guò)高峰值功率激光形成的反沖力與高速氣流形成的反沖力共同作用下，使金金屬熔融物以液態(tài)的形式濺射出去，減少切割過(guò)程中的重鑄層和材料殘?jiān)男纬?，降低加工材料表面粗糙度，提高激光切割金屬材料的質(zhì)量，另外，本實(shí)施例中利用由第一激光發(fā)生模塊輸出的激光和第二發(fā)生模塊輸出的激光組成的復(fù)合激光束切割金屬，降低對(duì)激光器的要求，并達(dá)到更好的切割效果，顯著降低了本發(fā)明的成本。

作為本發(fā)明提供的另一種實(shí)施例，基于復(fù)合激光束的金屬切割裝置還包括激光聚焦模塊，用于將復(fù)合激光聚焦，形成高功率密度的復(fù)合激光束，激光合束模塊的輸出端與激光聚焦模塊的輸入端連接，高功率密度的復(fù)合激光束作用于金屬上，使金屬融化為金屬熔融物的速率提高，并使由第二激光發(fā)生模塊輸出激光能夠產(chǎn)生更大的反沖力，有利于更快速排出金屬熔融物，減少重鑄層與材料殘?jiān)纬桑岣呓饘偾懈钯|(zhì)量。

作為本發(fā)明提供的另一種實(shí)施例，第一激光發(fā)生模塊輸出激光的平均功率為5MW/cm²～50MW/cm²的激光，該功率下的激光能夠切割常見(jiàn)的金屬，例如不銹鋼、銅和碳鋼等。

作為本發(fā)明提供的另一種實(shí)施例，第二激光發(fā)生模塊輸出峰值功率達(dá)到5000W以及脈沖寬度為微秒級(jí)以下激光，可以產(chǎn)生更大的反沖力，有利于排出金屬熔融物，減少重鑄層與材料殘?jiān)纬?，提高切割效率和質(zhì)量。

如圖2所示，本發(fā)明提供的另一種實(shí)施例，連續(xù)激光器1用于輸出可使融化金屬為金融熔融物的連續(xù)激光，且連續(xù)激光器1能夠輸出高的激光能量，有利于提升切割速度和切割質(zhì)量，脈沖激光器2用于輸出可排出金屬熔融物且脈沖寬度在微米級(jí)以下的激光，連續(xù)激光器1通過(guò)光纖與光纖合束器3相連，脈沖激光器2通過(guò)光纖與光纖合束器3相連，利用光纖合束器實(shí)現(xiàn)激光束，便于安裝，且光纖合束器穩(wěn)定性好，連續(xù)激光器1輸出的連續(xù)激光與脈沖激光器2輸出的脈沖激光經(jīng)過(guò)光纖合束器3合束為復(fù)合激光束4，復(fù)合激光束4經(jīng)過(guò)反射鏡5反射后，方向改變，方向改變后的合束激光束4經(jīng)過(guò)聚焦透鏡6聚焦，得到高功率密度的復(fù)合激光束9，復(fù)合激光束9透過(guò)保護(hù)鏡7作用于金屬10，在合束激光束9中連續(xù)激光的作用下，加熱金屬并熔化金屬，形成金屬熔融物，金屬熔融物逐漸向材料內(nèi)部延伸，輔助氣體裝置8產(chǎn)生與復(fù)合激光束9相同方向的高速氣流，在高速氣流形成的反沖力與脈沖激光形成反沖力的共同作用下，使得金屬熔融物以液態(tài)形式濺射排出，快速形成孔洞，在形成孔洞后，金屬沿著切割的方向相對(duì)于復(fù)合激光和高速氣流運(yùn)動(dòng)，形成切縫，在高功率密度的復(fù)合激光束和高速氣流的作用下，加速金屬熔融物的形成，并使金屬熔融物以液態(tài)形式濺射排出，減少重鑄層和材料殘?jiān)男纬?，有利于提升切割速率和質(zhì)量。

如圖3所示，本發(fā)明提供的另一種實(shí)施例，偏正連續(xù)激光器1，用于輸出偏振的連續(xù)激光，偏振脈沖激光器2，用于輸出與偏振的連續(xù)激光偏正態(tài)正交的偏正的脈沖激光，且脈沖激光脈沖寬度在微米級(jí)以下，由連續(xù)偏振激光器1輸出偏正的連續(xù)激光射到偏正合束鏡12上，由脈沖偏振激光器2輸出偏振的脈沖激光射到偏正合束鏡12上，經(jīng)過(guò)偏正合束鏡12合束為復(fù)合激光束4，復(fù)合激光束4經(jīng)過(guò)反射鏡5反射后，方向改變，方向改變后的合束激光4束再經(jīng)過(guò)聚焦透鏡6聚焦，得到高功率密度的復(fù)合激光9，復(fù)合光束9透過(guò)保護(hù)鏡7作用于金屬10，在合束激光9中偏正的連續(xù)激光的作用下，加熱金屬并熔化金屬，形成金屬熔融物，金屬熔融物逐漸向材料內(nèi)部延伸，輔助氣體裝置8產(chǎn)生與復(fù)合激光束相同方向的高速氣流，在高速氣流形成的反沖力與偏振的脈沖激光形成反沖力的共同作用下，使得金屬熔融物以液態(tài)形式濺射排出，快速形成孔洞，在形成孔洞后，金屬沿著切割的方向相對(duì)于復(fù)合激光和高速氣流運(yùn)動(dòng)，形成切縫，高功率密度的復(fù)合激光束和高速氣流的作用下，加速金屬熔融物的形成，并使金屬熔融物以液態(tài)形式濺射排出，減少重鑄層和材料殘?jiān)男纬桑欣谔嵘懈钏俾屎唾|(zhì)量。

如圖4所示，本發(fā)明提供的另一種實(shí)施例，長(zhǎng)脈沖激光器1，用于輸出可融化金屬為金屬熔融物的長(zhǎng)脈沖激光，長(zhǎng)脈沖激光易于實(shí)現(xiàn)，能夠降低本實(shí)施例的成本，長(zhǎng)脈沖激光打到合束棱鏡13上，脈沖激光器2，用于輸出可排出金屬熔融物的脈寬長(zhǎng)度微米級(jí)下的脈沖激光，且脈沖激光方向與長(zhǎng)脈沖激光方向垂直，脈沖激光打到合束棱鏡13上，長(zhǎng)脈沖激光與脈沖激光經(jīng)過(guò)合束棱鏡13合束為復(fù)合激光束4，利用合束棱鏡13實(shí)現(xiàn)激光合束，操作簡(jiǎn)便，易實(shí)現(xiàn)合束，激光束4經(jīng)過(guò)反射鏡5反射后，方向改變，方向改變后的合束激光4束再經(jīng)過(guò)聚焦透鏡6聚焦，得到高功率密度的復(fù)合激光9，復(fù)合光束9透過(guò)保護(hù)鏡7作用于金屬10，在合束激光9中長(zhǎng)脈沖激光的作用下，加熱金屬并熔化金屬，形成金屬熔融物，金屬熔融物逐漸向材料內(nèi)部延伸，輔助氣體裝置8產(chǎn)生與復(fù)合激光束相同方向的高速氣流，在高速氣流形成的反沖力與脈沖激光形成反沖力的共同作用下，使得金屬熔融物以液態(tài)形式濺射排出，快速形成孔洞，沿著切割的方向，金屬相對(duì)于復(fù)合激光和高速氣流運(yùn)動(dòng)，形成切縫，高功率密度的復(fù)合激光束和高速氣流的作用下，金屬熔融物的快速形成，并使金屬熔融物以液態(tài)形式濺射排出，減少重鑄層和材料殘?jiān)男纬?，有利于提升切割速率和質(zhì)量。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。