Solução do problema de alta reflexão em lasers de fibra

O que é alta reflexão? A alta reflexão no processamento a laser refere-se ao fenômeno em que determinados materiais apresentam baixa absorção e alta refletividade da energia do laser, principalmente no espectro do infravermelho próximo. Essa propriedade é caracterizada por: O coeficiente de absorção de vários elementos metálicos desempenha um papel fundamental na determinação de sua refletividade. Materiais com baixos coeficientes de absorção [...]

Índice

O que é alta reflexão?

A alta reflexão no processamento a laser refere-se ao fenômeno em que determinados materiais apresentam baixa absorção e alta refletividade da energia do laser, principalmente no espectro do infravermelho próximo. Essa propriedade é caracterizada por:

  1. Baixa resistência do material à penetração do laser
  2. Acabamento de superfície excepcionalmente suave
  3. Absorção mínima de comprimentos de onda de laser no infravermelho próximo

O coeficiente de absorção de vários elementos metálicos desempenha um papel fundamental na determinação de sua refletividade. Materiais com baixos coeficientes de absorção tendem a refletir uma parte significativa da energia incidente do laser, conforme ilustrado na figura que mostra os coeficientes de absorção de metais comuns.

Nas configurações típicas de processamento a laser, a peça de trabalho geralmente é posicionada perpendicularmente ao feixe de laser ou em um leve ângulo de inclinação. Essa configuração pode agravar o problema da alta reflexão, levando a vários desafios:

  1. Energia refletida do laser: Uma quantidade substancial da potência do laser é refletida na superfície da peça de trabalho.
  2. Retropropagação: O feixe de laser refletido pode entrar novamente no cabeçote de saída do laser.
  3. Acoplamento de fibra: Em alguns casos, uma parte da luz refletida pode se acoplar novamente à fibra de transferência de energia.
  4. Problemas térmicos: A energia do laser retropropagada pode ser transmitida para a fonte de laser, o que pode causar superaquecimento dos componentes do núcleo.

Esses efeitos podem afetar significativamente a eficiência e a segurança das operações de processamento a laser, principalmente quando se trabalha com materiais altamente reflexivos, como alumínio, cobre ou aço inoxidável polido. Para reduzir esses riscos, técnicas e equipamentos especializados, como sistemas de proteção contra retro-reflexo e ótica otimizada de fornecimento de feixe, são frequentemente empregados em aplicações industriais de processamento a laser.

O que é alta reflexão

Esquema de implementação específico de antirreflexo alto

No processamento de materiais altamente reflexivos, o feixe de laser refletido pode danificar o cabeçote de corte ou de solda e a fonte de laser se entrar novamente no sistema. Esse risco é particularmente acentuado em sistemas de laser de fibra de alta potência, em que a potência refletida pode ser substancialmente maior, aumentando o potencial de danos. Um cenário crítico ocorre durante as operações de corte quando o material não é totalmente penetrado, permitindo que a luz refletida de alta potência retorne à cavidade do laser, podendo causar danos graves.

Para reduzir esses riscos, a equipe de P&D da Raycus Laser desenvolveu um sistema abrangente de proteção antirreflexo de quatro camadas, complementado por funcionalidades avançadas de monitoramento de luz de retorno. Essa abordagem em várias camadas garante a proteção em tempo real do sistema de laser durante condições anormais de processamento:

  1. Isolamento óptico: Implementação de isoladores ópticos de alto desempenho em pontos críticos do caminho do feixe para evitar que a luz refletida atinja componentes sensíveis.
  2. Tecnologia Beam Dump: Integração de descargas de feixe estrategicamente posicionadas para absorver e dissipar com segurança qualquer energia laser perdida ou refletida.
  3. Controle ativo de potência: Monitoramento e ajuste em tempo real da potência de saída do laser com base nos níveis de reflexão detectados, mantendo condições operacionais seguras.
  4. Protocolo de desligamento de emergência: Um sistema de resposta rápida que encerra imediatamente a operação do laser se os níveis de reflexão excederem os limites de segurança predeterminados.

Essas medidas de proteção são ampliadas por sofisticados sistemas de monitoramento de luz de retorno, que analisam continuamente o feedback óptico dentro do sistema de laser. Algoritmos avançados processam esses dados em tempo real, permitindo que ações corretivas imediatas sejam tomadas quando reflexões anômalas são detectadas.

Ao implementar essa abordagem multifacetada, a Raycus Laser aprimorou significativamente a robustez e a confiabilidade de seus sistemas de laser de fibra de alta potência, especialmente ao processar materiais desafiadores e altamente reflexivos. Essa inovação não apenas protege o valioso equipamento a laser, mas também garante desempenho e segurança consistentes durante diversos processos de fabricação.

01 Design de luz antirreflexo classe IV

Projeto antirreflexo alto do cabeçote de saída do cabo óptico

Os cabeçotes de saída de fibra óptica QBH, QD e QP projetados pela Raycus Laser foram concebidos para converter efetivamente a luz de retorno incontrolável em luz absorvível e calor, melhorando a capacidade de absorção e dissipação de calor do cabeçote de saída e minimizando o impacto da luz de retorno nos componentes internos.

No processamento a laser No sistema de controle de temperatura, o laser de retorno pode impactar a cabeça do cabo óptico de saída e causar aquecimento ou danos. Para garantir a segurança do cabo óptico de saída, um dispositivo primário de remoção da luz de retorno foi integrado ao cabo óptico de saída, conforme mostrado na figura, além do projeto original.

Projeto antirreflexo alto do cabeçote de saída do cabo óptico

O design antirreflexo adicionado à extremidade do cabo óptico ajuda a reduzir os danos à estrutura óptica interna do laser, removendo imediatamente a maior parte do laser retornado. Esse design, combinado com um sistema de resfriamento a água, absorve com eficácia o laser devolvido e elimina seu impacto térmico no cabeçote de saída do cabo óptico.

Design antirreflexo de dois estágios no módulo de combinação de feixe

Os produtos a laser de alta potência com vários módulos são construídos principalmente usando vários módulos de unidade em uma combinação de feixe.

Ao cortar materiais de alta reflexão, alguma luz ainda pode ser transmitida de volta para a combinação de feixes por meio do cabo óptico de saída, mesmo depois de passar pelo design primário de anti-alta reflexão no cabo.

Portanto, para garantir a segurança e a confiabilidade dos dispositivos ópticos e do design do caminho óptico dentro da combinação de feixes, é adicionado um design de proteção antirreflexo alto de dois estágios, conforme ilustrado na figura.

Projeto antirreflexo de dois estágios no módulo de combinação de feixe

A remoção passo a passo do laser de retorno garante a segurança dos dispositivos ópticos de proteção contra alta reflexão e reduz o impacto do laser de retorno na estrutura do caminho óptico do laser.

Design antirreflexo no módulo da unidade

Devido à presença de um ressonador óptico dentro do módulo da unidade, quando o laser de retorno de baixa potência entra e é repetidamente amplificado pelo ressonador, isso pode afetar seriamente a estabilidade óptica do laser e aumentar a probabilidade de danos ao laser.

Para aumentar a estabilidade e a confiabilidade do laser durante o corte reverso de alta potência, o módulo da unidade inclui um dispositivo antirreflexo alto, em conjunto com o design do caminho óptico, conforme ilustrado na figura.

Design antirreflexo no módulo da unidade

02 Design de monitoramento de software de alta anti-reflexão múltipla (importado sucessivamente)

A proteção de software de alta reflexão refere-se ao mecanismo de monitoramento e proteção que é ativado quando uma forte retrorreflexão gerada pelo laser entra no sistema óptico do laser durante o processamento de materiais de alta reflexão, levando à instabilidade da operação do laser ou a danos aos dispositivos ópticos.

Enquanto o dispositivo antirreflexo alto pode garantir que o laser continue funcionando sem danos dentro de um retorno específico potência do laser Se o limite de potência do laser for ultrapassado, ainda haverá risco de danos. Para garantir a proteção oportuna do laser em caso de retorno excessivo da potência do laser, vários projetos de alta proteção antissoftware foram adicionados em produtos a laser de alta potência com vários módulos.

Projeto de alta proteção anti-interferência para o cabo óptico de saída

Quando a potência óptica de retorno é alta, parte do laser retornado voltará para o cabo óptico de saída ao longo de seu caminho original, enquanto o restante impactará diretamente a parte frontal do cabo óptico de saída.

Ao realizar pesquisas sobre a tecnologia de integração da função de monitoramento e transmissão do laser de retorno, integramos várias funções de detecção, como monitoramento do laser e monitoramento da luz de retorno, ao monitoramento da temperatura do cabo óptico para monitoramento em tempo real do laser de retorno.

Se a potência do laser de retorno exceder a capacidade do laser, o laser será desligado e um alarme soará imediatamente para evitar danos. Isso também serve como um lembrete para o cliente de que há um problema com o processamento.

Combinação de feixes e projeto de alta antiproteção do módulo óptico

Considerando que existem dois tipos de laser de retorno: laser de núcleo e laser de laser de revestimentoAlém do design de alta antiproteção do cabo óptico de saída, também incorporamos um módulo de alta antidetecção na combinação de feixes para monitorar a potência do laser de transmissão reversa e rastrear a potência do laser de retorno em tempo real.

Esse módulo de detecção de alta reflexão pode detectar os lasers do núcleo e do revestimento, reduzindo efetivamente o risco de danos ao laser causados pelo laser de retorno do núcleo que poderiam não ser detectados se apenas o laser de retorno do revestimento estivesse sendo monitorado.

No caso de um laser de alto retorno, o módulo desligará o laser e acionará um alarme, garantindo a segurança e a confiabilidade do laser.

03 Teste de corte

Devido à baixa absorção do laser e à alta condutividade térmica do cobre vermelho, a superfície do cobre vermelho permanece em um estado espelhado, fazendo com que um fluxo constante de laser retorne ao cabeçote de saída de fibra óptica. Isso permite a avaliação dos recursos antirreflexo do novo cabeçote de saída de fibra óptica.

Corte de alumínio

Corte de alumínio

Corte de cobre vermelho e corte anormal

Corte de cobre vermelho e corte anormal

Com a operação adequada, o laser Raycus pode cortar com eficiência materiais de alta reflexão, como placas de alumíniolatão e cobre vermelho, resultando em cortes eficientes e efeitos de seção transversal desejáveis.

O teste de processamento anormal de alta reflexão é realizado para avaliar os recursos de anti-alta reflexão do laser.

Ao marcar para frente e para trás em uma placa de cobre vermelha, o laser não penetra na placa, resultando em uma luz de retorno alta. Apesar disso, o laser continua funcionando normalmente, demonstrando a forte capacidade antirreflexo do laser Raycus.

Exibição do sinal

Exibição do sinal

O teste de alta reflexão demonstra que o sinal de monitoramento de alta reflexão pode ser transmitido para a tela do monitor em tempo real durante o processo de corte.

Em caso de processamento anormal, o sinal de alta reflexão pode ser monitorado, e seu valor permanece dentro do limite do laser.

Se o reflexo alto exceder um determinado limite, o alarme da máquina será ativado para alertar a equipe a verificar se há algum erro na operação.

As sugestões a seguir são fornecidas pelo engenheiro de processos para o corte de materiais de alta reflexão:

(1) Ao cortar latão, cobre vermelho e outros materiais, é aconselhável manter uma velocidade moderada e deixar algum espaço, evitando extremos.

(2) O cobre vermelho deve ser cortado com oxigênio, não com nitrogênio ou ar.

No caso dos problemas a seguir, a máquina deve ser parada imediatamente para inspeção:

(1) Contaminação do espelho protetor inferior.

(2) Falha na penetração do material durante o corte de alta reflexão.

(3) Penetração do material durante o corte de alta reflexão, mas sem conseguir cortar totalmente.

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Shane
Autor

Shane

Fundador do MachineMFG

Como fundador do MachineMFG, dediquei mais de uma década de minha carreira ao setor de metalurgia. Minha vasta experiência permitiu que eu me tornasse um especialista nas áreas de fabricação de chapas metálicas, usinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou sempre pensando, lendo e escrevendo sobre esses assuntos, esforçando-me constantemente para permanecer na vanguarda do meu campo. Permita que meu conhecimento e experiência sejam um trunfo para sua empresa.

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