德国通快轴快流CO2激光器
高功率轴快流CO2激光器原理结构
设计：李波
14
激光切割的市场需求
设计：李波
德国Trumpf推出了功率高达12kW的CO2激光复合加工机和功率高达 15kW的三维CO2激光切割机，表明了激光加工装备的高功率发展趋势！
德国Trumpf 12kW-CO2激光切 割、焊接和表面处理复合加工机
德国Trumpf 的15kW-CO2 激光三维激光切割机
D Mode 1000-4000Watts
Q Mode >4000Watts
7
光束质量参数
设计：李波
8
轴快流CO2激光器的诞生
设计：李波
轴快流CO2激光器是在早期的封离式圆形玻璃管纵向激 励CO2激光器的基础上发展而来的。 1965年，Bridge和Petel将放电管壁的温度冷却到60ºC以下来提高激光器的输出功率。 Moeller, Rigder[8]以及Patel[9]等人则采用风冷和水冷的方式来 使放电管冷却。 1969年Cool等人将快速流动技术引入到了这种激光器 中，通过工作气体的高速流动来使其冷却，从而获得 了较高功率的激光输出。
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射频功率反馈
设计：李波
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射频功率控制
设计：李波
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射频电源控制信号
设计：李波
RF ON
RF OFF
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设计：李波
连续模式
脉冲模式
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连续工作模式
设计：李波
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连续工作模式
设计：李波
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设计：李波
门控频率=200Hz
95
设计：李波
门控频率=5000Hz
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设计：李波
门控频率=50000Hz
设计：李波
Trumpf轴快流CO2激光器概述
二氧化碳激光器简介PPT课件
4.5 横向激励高气压CO2激光器（TEA） 1 特点
工作气压高 采用横向激励方式 电极面积大 施用预电离技术
2 常用的TEA CO2激光器结构 1） 针板TEA CO2激光器
结构比较简单，易实现均匀激励，效率不高，光束质量不太好
4 辅助气体 N2： 增大CO2分子0001能级的激发速率,还能增加0110能
级的驰豫速率
CO：增大CO2分子0001能级的激发速率，还能增加0110
能级的驰豫速率，但太高时会使0001能级消激发
He：1 降低工作气体的温度，增加输出功率
2 He对激光下能级的驰豫作用比对激光能级的驰豫作 用影响大得多，这有利于粒子数反转，即有利于提高输出 功率
2）管－板式放电结构 阴极： 放置位置： 气流上游前沿与阳极前沿对齐 与导流板之间必须留有足够的空隙 应置于喉道渐缩段内 寿命：与管径大小有关，管径小寿命长 材料：无氧铜 水冷镍阴极
阳极： 条形，两端圆弧过渡，紫铜制造 辅助阳极 阳极长度不匹配： 电极缩短，抑制瞬间飞弧的进一步扩展，在工
作气质变劣时也能稳定放电 电极过短，特别气质变劣情况下，异常辉光放
4）费米共振激发
CO2（1000）+ CO2（0000）－ △E
CO2（0200）
CO2（1000）－ △E
3 二氧化碳激光器驰豫过程
1）激光上能级的驰豫 分 体积驰豫 和 管壁驰豫，驰豫速率与气压有关，体
积驰豫还与辅助气体种类及其气压有关 2）激光下能级的驰豫
第一步 1000和0200能级的分子与基态分子碰撞，二者都会驰豫 到0110振动能级
1）电子碰撞激发
直接激发
快速轴流CO2激光器
第19卷第5期应,q t激光V o l·19，N o·5 1999年19月A P P L I E D L A S E R O c to b er1999_____==IIE_；；___=；；=≈===-__l_I==#====；j★I‘j；===z===，_-目__=；======lI=___，__I=一一快速轴流CO。
激光器谢占武赵治国康建章魏德森臧建民(河北省科学院激光研究所石家庄050081)提要本文报道我们设计的快速轴滤CO，激光器和实验结果，激光器的光学谐振腔为三折Z形折叠半基焦腔，输出耦合镜为GaAs材料．透过率为72“的．得到最大输出功率2530W，电光转换效率最高达到z a0A。
关键词快速轴流COz激光器新叠腔F a s t A x i a I F L o w C0±L a se rX i e Z h a n w u，Z h i a o Z h i g u o，K a n g Jia nzh ang，We i D e s e n，Z a n g Jiaixmiix(Laser I nsti tut e．H ebei A e a d e m y of Sc iences．Shijia zhuang050081)A b s t r a c t T h i s p a p e r r e p o r t s f a s t axia l f l o w C02l a s er designed by O W[1and t h e e x p er0 m en t a l re su lt，dis cu sse s s ome c on c e rn e d p r o b l em s w i t h the designing．The o p t i c a l c avi ty of the l a s er is t h r e e—t i m e—f o l de d h al f—s ym m e tr i c w i t h o u t p u t coupler of transmi ssivlty of 72％m a d e of G a A s，t h e m a x i m u m o u t p u t p o w e r of 2530w a nd eff ic ien cy of 24％w e r e reac he d．K e y w o r d s F a s t a x i a lf l o w，C021a s e r，f o l d--c a v i ty快速轴流C O：激光器的输出功率主要取想气体模型可以很好地近似。
ROFIN TRIAGON TR50轴快流CO2 激光器-性能特点及应用领域介绍
ROFIN TRIAGON® TR50轴快流CO2激光器性能特点及应用领域介绍本激光器为TRIAGON®系列直流激励轴快流CO2激光器，可以与计算机数控系统集成联动，用于激光切割、激光焊接、激光打孔、激光表面处理工程和金属零件激光三维自由成型等方面。
1.激光器技术指标1.1 本激光器额定功率为5kW，是波长为10.6μm的红外不可见激光。
1.2本激光器指示定位采用的是波长为635nm的红色可见激光。
1.3本激光器的控制既可以由操作面板完成，也可以通过机床的CNC 控制系统完成。
1.4激光器技术参数2.激光器的技术特点及主要应用方面介绍本激光器配备有内部程序控制器，可以在很大范围内同时控制输出激光的功率和脉冲时间长短，并且可以存储100个激光控制程序，激光程序控制器的控制内容及应用方面如下所述。
3.激光器的循环冷却水及其技术要求4.激光器的冷却油及其技术要求本激光器的镜子和高压供电系统都通过油进行冷却。
镜子冷却油有循环环路，其技术要求如表4.1所示。
高压供电系统在密闭的容器中冷却，其技术要求如表4.2所示。
5.激光器的电压与相序监控本激光器都有内部掉相、相序、相失衡和欠压监控设施。
如果出现上述问题，继电器将立即关断，同时，系统给出提示信息“Mains interlock（电源互锁）”。
当单相电压低于交流网线的10%，或者全部相的总电压低于交流网线的20%时，系统会自动关断。
如果监控继电器被短路或者监控功能失效，在有电压波动的情况下，变频器或高压供电系统将关断激光器。
6.激光器的水流监控本激光器的水流通过水路中的流量控制开关来监控。
低于规定的流量时，系统将关断激光器，并给出提示信息“Water flow too low（水流量太低）”。
7.激光器的气压监控本激光器对很多气体压力进行监控，包括He、N2和CO2气体的输入压力及激光器工作时的气体压力。
华中科技大学激光技术与工程研究院华中科技大学激光加工国家工程研究中心二００三年四月一日。
激光焊机在冷轧厂的应用
激光焊机在冷轧厂的应用作者：王建东来源：《数字化用户》2013年第09期【摘要】主要介绍了日本 TMEIC 激光焊机在现代化冷轧厂酸轧线的技术应用情况。
从该激光焊机焊接原理、工艺流程、设备构成、操作模式及维护要点进行了介绍、讨论，论述了该设备的技术特性与先进性。
【关键词】激光焊机原理工艺流程设备构成维护要点一、引言激光焊接技术作为目前发展迅速且先进的焊接技术，广泛应用于制造业、粉末冶金、汽车工业、电子工业、生物医学等行业。
在现代化冷轧厂，激光焊接技术也得到了越来越广泛的应用。
特别是在冷轧厂酸轧机组，激光焊机的应用受到特别的关注。
本文介绍了冷轧厂酸轧联合机组引进的日本 TMEIC 公司制造的全自动激光焊机。
二、激光焊接的基本原理激光焊是以聚集的激光束作为能源，利用照射带钢所产生的热量进行焊接的一种熔化焊方法。
激光束由激光器产生，通过聚集系统聚集成为能量密度极高的焦点，其能量进一步集中，当调焦到带钢接缝处时，光能转换为热能，从而使金属熔化而形成焊缝。
按激光工作物质状态，激光器可分为固体激光器和气体激光器，气体激光器主要是 CO2激光器。
冷轧厂使用的是 CO2激光器。
CO2激光器工作气体的主要成份是 CO2、N2和He，CO2分子是产生激光的粒子，N2分子的作用是与 CO2分子共振交换能量，使 CO2分子激励，增加激光较高能级上的CO2分子数。
同时，它还有抽空激光较低能级的作用。
He 分子的主要作用是抽空激光较低能级的粒子，He 分子与 CO2分子相碰撞，使 CO2分子从激光较低能级尽快回到基级，He 的导热性很好，故又能把激光器工作时气体中的热量传给交换器，使激光器的输出功率和效率大大提高。
该激作者： lz 光焊机布置在酸轧机组入口段，用于对热轧钢卷的头尾进行焊接，实现机组连续生产。
其焊接原理为深熔焊接，即将高强度的激光束辐射至连接金属表面，使金属熔化实现带钢的连接。
在激光与金属的相互作用过程中，金属熔化仅为其中一种物理现象。
通快激光切割机trulaser3030
关于通快培训中心
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目录
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1、课程介绍及说明 2、基础知识 3、机床操作技巧 4、改善切割切割技巧
课程介绍
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学习的目标： 1、能够独立操作机床完成作业 2、了解改善切割质量的方法 学习的时间
参数调整方案
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镜片焦距/英寸 FocusLine调整 1 2
调整量/mm
3.75 0.3-0.5 5 0.5 7.5（板料厚度<12mm） 1 3 7.5（板料厚度>12mm） 0.5 调节进给倍率在±5%--10% 的范围内 切割气体种类 1 O2 调解进给量/Bar 0.1
激光光路
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切割气体 横梁 吸尘装置
反射镜 透镜
切割头
反射镜 光路
锯齿
吸尘室
激光发生器
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激光光束质量高，激光能量可实现无级调控 采用射频技术，气体损耗率低
切割头
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保护气体接头 光束调整按钮 高度传感器接头
拆装孔
切割头
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请简单指出影响切割质量的原因？
测试及回馈
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二氧化碳激光器应用场景_解释说明以及概述
二氧化碳激光器应用场景解释说明以及概述1. 引言1.1 概述二氧化碳（CO2）激光器是一种常见的气体激光器，利用高能量电子与合适浓度的CO2分子相互作用来工作。
它具有许多优异的性能和广泛的应用场景。
在本篇文章中，我们将探索二氧化碳激光器的应用领域，并提供详细的解释和说明。
1.2 文章结构本文将按照以下方式进行阐述：首先，我们将介绍二氧化碳激光器应用场景的解释说明，包括工业、医疗和科学研究等方面。
接着，我们将总结二氧化碳激光器的特点和优势，并对其高功率和高效能、可调谐性和多模式运行以及光学质量和束流特性做出概述。
最后，我们将对二氧化碳激光器未来发展进行展望，并得出结论。
1.3 目的本文旨在分享关于二氧化碳激光器应用范围的知识，并帮助读者了解其重要性以及为何广泛应用于各个领域。
通过阅读本文，读者将对二氧化碳激光器的应用场景有更清晰的了解，并能够认识到它在工业、医疗和科学研究中的重要作用。
2. 二氧化碳激光器应用场景解释说明2.1 工业应用:二氧化碳激光器在工业领域有广泛的应用场景。
首先，它被用于切割和焊接金属材料。
其高功率和高能量密度能够快速准确地切割或焊接各种金属，例如不锈钢、铝合金等。
这种切割和焊接方法比传统机械方法更精确、更高效，并且产生的热影响区较小。
此外，二氧化碳激光器也常被应用于制造业中的雕刻和打标。
通过控制激光束大小和强度，可以在不同材料表面上实现精细图案的雕刻或文字的打标。
这种技术广泛运用于电子产品、汽车零部件等行业。
还有一些其他工业应用包括：材料加工（如塑料切割、木材加工）、纸张与纤维加工（如纸板裁剪、纤维蒸湿和彩色印刷）以及喷码标注等。
2.2 医疗应用:在医疗领域，二氧化碳激光器也具有重要的应用价值。
其中一项主要应用是皮肤病治疗。
二氧化碳激光可以通过聚焦在皮肤表面或深层组织上，刺激胶原再生和损伤的修复。
它被广泛用于去除痣、治疗红血丝以及减少皮肤上其他不完美的问题。
此外，二氧化碳激光器还被用于进行手术切割和消融。
高功率轴快流CO_2激光器控制系统的研制
高功率轴快流CO_2激光器控制系统的研制
李波;王又青
【期刊名称】《激光技术》
【年(卷),期】2010(034)002
【摘要】为了提高高功率轴快流CO_2激光器的稳定性和智能化程度,以满足激光加工的需要,采用可编程逻辑控制器和尾镜取样功率稳定技术,研制出了以西门子可编程逻辑控制器为核心的高功率轴快流CO_2激光器控制系统,并在4kW轴快流CO_2激光器上进行了实验验证,取得了气压稳定度、功率稳定度、放电波形以及激光模式等实验数据,气压波动小于±50Pa,功率稳定度达到±0.1%,并可实现连续、脉冲、超脉冲放电.结果表明,该套控制系统可以满足高功率轴快流CO_2激光器的控制需求,提高了高功率轴快流CO_2激光器的稳定性和智能化程度.
【总页数】4页(P285-288)
【作者】李波;王又青
【作者单位】华中科技大学,光电子科学与工程学院,武汉,430074;华中科技大学,光电子科学与工程学院,武汉,430074
【正文语种】中文
【中图分类】TN248.2
【相关文献】
1.高功率轴快流CO2激光器激励源热沉结构优化设计 [J], 赵恒;李波;胡友友;王炜;王振
2.7kW轴快流CO_2激光器的热平衡分析及换热器设计 [J], 黄鸿雁;王又青;李晴
3.高功率轴快流CO2激光器的数值模拟进展 [J], 李晴;王又青;黄鸿雁
4.国内首台高功率轴快流CO2激光器研制成功 [J],
5.国内首台高功率轴快流CO2激光器研制成功 [J],
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设计：李波
设计：李波
Trumpf CO2气体循环冷却
气体循环原理图
设计：李波
风机罩
设计：李波
1、涡轮风机 2、叶轮 3、风机罩 4、热交换器 5、翅片管 6、冷却水入口 7、气体入口 8、气体出口
设计：李波
涡轮风机
热交换器
设计：李波
1、叶轮 2、外壳 3、扩散器 A、气体入口 B、气体出口
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阻一个阻抗匹配器
阻抗匹配布置
设计：李波
1、左匹配器 2、右匹配器 AS：窗口
反射功率变化曲线
设计：李波
匹配网络对反射功率的影响
设计：李波
a、正常的匹配曲线 b、增长串联线圈 c、减小串联线圈
放电建立时间
设计：李波
匹配失调的原因
1、工作气压 2、气体比例变化 3、气体纯度 4、气体温度(冷却系统故障) 5、射频功率幅值 6、射频连接 7、射频电缆或电极物理位置 8、参数MD48错误 9、反射功率计故障
1969年Cool等人将快速流动技术引入到了这种激光器 中，通过工作气体的高速流动来使其冷却，从而获得
了较高功率的激光输出。
轴快流CO2激光器
射频激励轴快流CO2激光器
射频电源
匹配网络
3 1
2
设计：李波
激光器谐振腔
2
激
7
7
光
器
中
央
控
8
制
系
统
6
全自动混气单元
5 N2 CO2 He Air
4
冷水机
气体循环冷却系统
设计：李波
1、滤波器 2、整流器 3、变频器 4、中间电路5、制动斩波器 6、磁轴承控制器 7、逆变器 8、正弦波滤波器 9、涡轮风机
磁轴承控制器
设计：李波
1、径向传感器，上 2、径向磁轴承，上 3、控制器MBE-50 4、轴向磁轴承 5、保护轴承，上 6、轴向传感器 7、驱动轴 8、转子 9、定子 10、保护轴承，下 11、径向磁轴承，下 12、速度传感器 13设、计径：向李传波感器，下
设计：李波
1、供电电源 2、控制电源 3、控制器 4、磁轴承驱动 5、传感器信号处理 6、数字接口 7、LCD显示 A、到磁轴承的信号 B、磁轴承返回信号
风机启停曲线
设计：李波
设计：李波
气体混合器原理图
Q Mode >4000Watts
光束质量参数
设计：李波
轴快流CO2激光器的诞生
设计：李波
轴快流CO2激光器是在早期的封离式圆形玻璃管纵向激 励CO2激光器的基础上发展而来的。
1965年，Bridge和Petel将放电管壁的温度冷却到60ºC以下来提高激光器的输出功率。 Moeller,
Rigder[8]以及Patel[9]等人则采用风冷和水冷的方式来 使放电管冷却。
设计：李波
Trumpf轴快流CO2激光器概述
激光器构成
设计：李波
冷水机
操作面板
激光发生器
控制系统 射频电源
激光发生器构成
涡轮风机
热交换器
设计：李波 激光谐振腔
光闸
功率计
激光器支撑
激光谐振腔构成
转折镜 放电管
设计：李波 窗口与尾镜
基本工作原理
设计：李波
设计：李波
Trumpf CO2激光器谐振腔
1 激光谐振腔 2 谐振腔镜片 3 放电电极 4 涡轮风机 5 真空泵 6 电磁阀 7 风机出气口换热器 8 风机进气口换热器
轴快流激光仍将是工业加工中的主流激光器
设计：李波
• 薄板+ 3D切割： 光纤激光器占优
• 厚板+非金属/金属+切割+ 价格：
CO2激光器具有明显优势
来自德国“Fraunhofer研究所”研究结果
谐振腔结构
设计：李波
US：转折镜 RS：尾镜 AS：窗口
设计：李波
1、窗口 2、尾镜 3、转折镜 4、转折镜安装组件
设计：李波
1、调节垂直方向 2、调节水平方向
模式检测工具
设计：李波
1、热敏板 2、紫外灯
检测示意图
设计：李波
1、热敏板 2、紫外灯 3、激光束（尾镜）
设计：李波
未调整好的模式分布
设计：李波
1、扩散器 2、叶轮
风机结构
设计：李波
1、叶轮 2、上保护轴承 3、转子（永磁） 4、定子 5、下保护轴承 6、驱动轴 7、磁板
定子
设计：李波
1、水冷 2、开口 3、线圈 4、电机电缆 5、电机温度电缆
设计：李波
1、正弦波滤波器 2、变频器 3、混合滤波器 4、操作面板KP100
风机控制原理
调整好的模式分布
激光烧斑图样
设计：李波
扩束镜
设计：李波
1、凹面镜
2、凸面镜
a、进入的光束直径 b、离开的光束直径
采用扩束镜延长激光加工的可用光程，在飞行光路激光加工中广泛应用。
光闸
设计：李波
设计：李波
Trumpf CO2放电结构
多根放电管串联
设计：李波
放电结构
设计：李波
1、玻璃管 2、放电区 3、放电电极
重大行业应用
设计：李波
现代船舶制造中已开始大量使用的轻型“三明治”多层空心结构厚钢板的 切割加工，更是对万瓦轴快流激光切割装备提出了迫切需求。
德国Trumpf公司的12kW--20kW轴快流CO2激光器已用于世界上许多大型船 厂的生产线上，可大大提高船舶的有效载荷，并大幅度减低制造成本。
日本的Kawasaki重工等造船企业已经安装了高功率激光平板切割系统。德国的 Meyer Werft也安装了四台12KW的CO2激光器，用来焊接不同长度的船体加强杆
Trumpf轴快流CO2激光器
设计：李波
2012.8.22
设计：李波
轴快流CO2激光器基本原理
光的受激辐射
设计：李波
CO2激光器的受激辐射
设计：李波
激光的特性
设计：李波
单色性 相干性 方向性
激光模式
设计：李波
TEM00 Mode <1000Watts
D Mode 1000-4000Watts
两种放电结构
设计：李波
射频放电特点
设计：李波
电极位于放电管外，是电容耦合的横向放电(放电方向垂直 于光束方向)； 电极形状要求严格，以提高放电的对称性； 起辉电压低； 放电均匀稳定，无可见的放电辉光抖动； 易于调制，调制脉冲频率可达100kHz； 电源复杂，易产生辐射污染，电源及放电管须进行屏蔽。
Trumpf最新10kW激光器
设计：李波
激光切割的市场需求
设计：李波
德国Trumpf推出了功率高达12kW的CO2激光复合加工机和功率高达 15kW的三维CO2激光切割机，表明了激光加工装备的高功率发展趋势！
德国Trumpf 12kW-CO2激光切 割、焊接和表面处理复合加工机
德国Trumpf 的15kW-CO2 激光三维激光切割机