Способ лазерной обработки материалов

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУ БЛИН 9) (И ЗК 260 т Я ЕНИ ТЕЛЬСТВ А ВТОРСНОМ,Ф рная,ашино к техн елью:,ние каГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИИ ПИСАНИЕ ИЗ(54) СПОСОБ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОМАТЕРИАЛОВ(57) Изобретение относитсялогии лазерной обработки. Цизобретения является повьппе чества и точности обработки. Лазерный луч с круговым поперечным сечением при помощи специальных зеркалс рельеФной отражающей поверхностьюпреобразуют в "и" дискретных равномерно расположенных по окружностилокальных зонах. Затем переотражающей системой из плоских отражающихзеркал локальные зоны вращают относительно оптической оси и получаютлуч кольцевой Формы. Перемещениедискретных зон по окружности позволяет повысить качество и точностьобработки за счет перераспределенитепловложения. 4 ил,Изобретение относится к технологии лазерной обработки,Цель изобретения - повышение ка"чества и точности обработки,На фиг.1 изображена схема распределения интенсивности излучения наматериале при неподвижном фокусаторе; на фиг.2 - след воздействияизлучения на материал при вращенииФокусауора; на Фиг.3 - то же, безего вращения; на Фиг,4 - схемаосуществления способа,При обработке лазерный луч 1 скруговым поперечным сечением направляют на фокусирующий элемент 2 срельефной отражающей поверхностьюи облучают материал 3 по заданномуконтуру, Луч 1 концентрируют в идискретных равномерно расположенныхпо окружности локальных зонах 4,для чего рельефную отражающую поверхность фокусирующего элемента 2выполняют способной преобразовыватьпадающий на нее луч 1 в луч с апертурной Функцией= Нсоз (пч(11)гдеи С - безразмерный радиуси полярный угол;1 - безразмерный коэффициент;ЗО;1 - амплитуда;- функция Бесселярода и-го порядка,35 который переотражают системой 5 плос ких отражающих по крайней мере три раза зеркал 6, совмещая оптическую ось отраженного луча 1 с оптической осью выходного луча 7 и вращая его д по круговой трактории (Фиг. 1-4).При обработке материала луч круговой апертуры направляют на фокусирую" щий элемент эллиптической Формы с рельефной отражающей поверхностью, 4 а после отражения его - на обрабатываемый материал.Фокусирующий элемент 2, синтезированный оптический элемент, воздействующий на амплитуду и фазу па- у 0 дающего на него луча 1 подбирают таким образом, что в дальней зоне (Фокальном пятне) получают заданную линию воздействия с равномерным распределением интенсивности вдоль нее. у Однако при равномерном распределении интенсивности вдоль линии - окружности - не всегда достаточно мощности данного лазера для получения необходимого уровня интенсивности,поэтому с помощью фокусирующего элемента 2 концентрируют луч 1 в идискретных равномерно расположенныхпо окружности локализованных зон ис максимумами интенсивности излучения в каждой из них необходимогоуровня, например достаточного дляплавления материала, что обеспечивает повышение качества и точностьобработки за счет локализации излучения. Дпя обработки материала 3 покруговому контуру отраженный от элемента 2 луч переотражают системойплоских зеркал 6 и совмещают оптическую ось выходящего в направленииматериала 3 луча 7 с оптической осьюлуча 1, и вращением элемента 2 исистемы зеркал 6 как целого относительно оптической оси падающего наэлемент 2 луча 1 производят перемещение на материале 3 дискретных зон4 по окружности,П р и м е р. Способ реализованна серийной установке "Квант 9", Излазера луч направляют в оптическуюсистему, содержащую два двугранныхотражателя, После отражения от отра"жателей луч попадает на обрабатывае"мый материал. На первой обращеннойк лазеру поверхности отражателя выполняют маску в виде рельефной отражающей поверхности с апертурнойФункцией П. Оптическую систему выполняют так, чтобы оптические осипадающего на нее и выходящего изнее лучей совпадали, а систему вращают относительно оси. Посколькупри этом вращении происходит вращение фокусирующего элемента с маскойна нем, то ее изображение на материале также вращается, что и требуется.Осуществляют резку металлов, При этом используют оборудование, содержащее СО-лазер мощностью 250 Вт, с поддувом в зону обработки воздуха или кислорода.Режим работы лазера непрерывный.По данному способу лазерное излучение формируют в кольцо (путем применения рельефного отражателя) диаметром 25 мм и производят резку нержавеющей стали марки 12 Х 18 Н 9 Т и титана.Ширина реза составляет 0,25 мм, зона термического влияния 0,15 мм.1296344 20 ВНИИЛИ Заказ 704/17 Тираж 976 Подписно Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проек Затраты энергии 0,8 кДж (сталь, кислород), 2,5 кДж (титан, воздух).Время резки составляет 7 и 20 ссоответственно. При использованииэтого же оборудования, режима и материалов при перемещающемся фокальном пятне диаметром 0,5 мм (при Р=:150 мм) эона термического влияниясоставляет 0,25 мм, а затраты энергии - 1,7 и 5 кДж для стали и титана соответственно (при скоростяхреза 1 и 0,3 см)При использованииданного способа ширина реза, зонатермического влияния и затраты энергии при том же времени обработкивдвое меньше, чем в известных способах. Формула из обретения Способ лазерной обработки материалов, при котрром лазерный луч с круговым поперечным сечением на.правляют на фокусирующий элемент с рельефной отражающей поверхностьюи облучают материал по заданномуконтуру, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения качестваи точности обработки, луч концентрируют в и дискретных равномерно расположенных по окружности зонах, преобразуют его при помощи рельефнойповерхности в луч с заданной апертурной функцией, переотражают егопо меньшей мере три раза, совмещаяоптическую ось отраженного луча соптической осью выходного луча и вращая луч по круговой траектории,при этом апертурная функция лучаЦ = Нсоя(п 4 (1),гдеи (безразмерный радиуси полярный угол рельефной поверхности;.1 - безразмерный коэффициент;Н. - амплитуда в импульсе;функция Бесселя 1 родапи-го порядка.