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Efectos térmicos de la lente en aplicaciones láser: Soluciones y perspectivas

¿Siente curiosidad por conocer los últimos avances en láser de fibra y su impacto en el procesamiento industrial?

A medida que aumenta la demanda de láseres de fibra de alta potencia, surgen nuevos retos, como el efecto de lente térmica. Este fenómeno puede afectar significativamente a la estabilidad del procesamiento láser, provocando incoherencias y reduciendo la eficacia.

En este artículo, profundizaremos en las causas y soluciones del efecto de lente térmica y su impacto en diversas aplicaciones láser, desde el marcado hasta el corte y la soldadura.

Siga leyendo para descubrir cómo superar este reto y conseguir unos resultados óptimos en el procesado por láser.

Qué es el efecto de lente térmica

La absortividad del láser aumenta debido a la mala calidad, la suciedad y los daños de los elementos ópticos. La exposición continuada a los rayos láser durante un periodo prolongado puede provocar deformaciones térmicas, alterar el índice de refracción del elemento óptico de transmisión y cambiar la dirección de reflexión del elemento óptico reflectante.

El resultado es un cambio en la posición del enfoque láser (cintura del haz), lo que afecta a su aplicación. Los elementos ópticos transparentes tienen una mayor absortividad del láser y un mayor aumento de temperatura, por lo que el efecto de lente térmica es más pronunciado.

En este artículo, analizaremos los elementos ópticos susceptibles de sufrir problemas de lente térmica en diversos equipos de aplicación láser.

La influencia de thermal lens efecto en el aplicación de laser

Cuanto más rápida es la expansión térmica de un elemento óptico, más prominente es su efecto de lente térmica, como resultado de la alta potencia y el procesamiento avanzado de materiales inversos.

El efecto térmico de la lente se produce cuando el calor hace que el elemento óptico se expanda, lo que provoca un aumento de la potencia de enfoque, una reducción del tamaño del punto focal y una distancia y profundidad focales más cortas.

Estos fenómenos pueden provocar inestabilidad durante procesamiento láserEn última instancia, su eficacia se ve afectada.

1. La influencia en el marcado

(1) Ennegrecimiento de la alúmina:

Cuando se produce el efecto de lente térmica, la distancia focal se acorta, la densidad de energía superficial del material disminuye y el ennegrecimiento de la alúmina resulta imposible. En casos graves, el efecto de ennegrecimiento en el centro y el borde puede llegar a ser incoherente.

Ennegrecimiento de la alúmina

(2) Tallado profundo en metal:

Las esculturas profundas de metal suelen utilizar espejos de campo con poca distancia focal (profundidad de enfoque).

Durante el tallado profundo de alta potencia, el efecto de lente térmica hace que la densidad de energía del material disminuya rápidamente, lo que da lugar a una menor profundidad en el metal.

Debido a la mayor expansión en el centro del elemento óptico en comparación con el borde, el centro es menos profundo y la profundidad a su alrededor es desigual.

Tallado profundo del metal

(3) SCORTE:

Los láseres de fibra pulsada utilizan una sola velocidad lenta o varios métodos de corte rápido, según el tipo de material que se procese.

Debido a la rápida expansión térmica y a la retracción por enfriamiento que se produce en un lapso de tiempo muy corto (< 1s), la posición inicial del corte puede cortarse con éxito, mientras que otras posiciones pueden no poder cortarse.

2. Influencia sobre soldadura

(1) Chapa metálica soldadura por puntos:

Cuando se utiliza un láser de fibra para la soldadura por puntos de chapas metálicas, el efecto de lente térmica puede dar lugar a tamaños de unión incoherentes, soldaduras inestables y una fuerza de embutición insuficiente.

(2) Continuidad de la soldadura metálica:

La reflectividad del metal durante soldadura ligera es mayor que durante el corte.

En la soldadura de alta potencia, el efecto de lente térmica puede hacer que la parte delantera de la soldadura sea normal, mientras que la parte trasera puede ser poco profunda o completamente impenetrable.

El efecto de lente térmica es especialmente pronunciado cuando soldadura de aluminio y cobre, que son materiales altamente reflectantes.

Soldadura metálica continua

3. Influencia en el corte

(1) Stainless corte de acero:

En corte de acero inoxidableEl efecto de lente térmica puede provocar superficies de corte irregulares, un aumento de la escoria e incluso dificultades para mantener un corte continuo.

(2) Ccorte de acero de arbon:

Al cortar acero al carbono, el efecto de lente térmica puede provocar un aumento de la escoria en el fondo y dificultades para mantener un corte continuo.

Corte de acero al carbono

Solución al efecto de lente térmica

  1. La solución al efecto de lente térmica causado por las lentes de diversos elementos ópticos en equipos de procesamiento de lentes vibratorias es:
Galvanómetro

Galvanómetro

Elemento ópticoCausas de la lente térmicaSolución del efecto de lente térmica
Cabezal de salida láserLente o cristal del cabezal de salida sucio o dañadoInspección y limpieza antes de la instalación
Colimador (para láser CW)Mala calidad, suciedad y daños en la lente colimadoraLimpie la lente de colimación o sustituya el colimador por una lente de buena calidad.
Lente combinadaMala calidad, suciedad y daños de la lente combinadaSeleccione el láser rojo autónomo o sustituya la lente de combinación del haz por una de buena calidad
Espejo de campoMala calidad, suciedad y daños del objetivo de campoLimpie la lente de campo o sustituya la lente de campo de cuarzo.
Comparación de la lente fotosintética roja y la lente térmica

Comparación de la lente fotosintética roja y la lente térmica

Comparación de la lente de campo y la lente térmica

Comparación de la lente de campo y la lente térmica

  1. La solución al efecto de lente térmica causado por las lentes de varios elementos ópticos en equipos de procesamiento de cabezales de corte/soldadura es:
Cabezal de soldadura láser

Soldadura láser cabeza

Cabezal de corte por láser

Cabezal de corte por láser

Elemento ópticoCausas de la lente térmicaSolución del efecto de lente térmica
Cabezal de salida láserLente o cristal del cabezal de salida sucio o dañadoInspección y limpieza antes de la instalación
Cabezal de corte / soldaduraLente protectora superiorMala calidad, suciedad y daños en el objetivoLimpie la lente o sustitúyala por otra de buena calidad.
lente colimadora
Grupo de lentes de enfoque
Lente protectora inferior
Comparación frontal y trasera de la lente protectora inferior y la lente térmica

Comparación frontal y trasera de la lente protectora inferior y la lente térmica

Contraste delantero y trasero de la lente de enfoque y la lente térmica

Contraste delantero y trasero de la lente de enfoque y la lente térmica

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