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直流激励轴快流CO2激光器非正常放电研究

导读: 本文以NELA系列直流激励轴快流CO2激光器为例,研究谐振腔非正常放电问题,通过化学实验的方法验证了谐振腔内主要腐蚀物为碱式碳酸铜,运用物理和化学理论分析了腔内碱式碳酸铜的成因及其影响谐振腔放电的微观机理。

  本文以NELA系列直流激励轴快流CO2激光器为例,研究谐振腔非正常放电问题,通过化学实验的方法验证了谐振腔内主要腐蚀物为碱式碳酸铜,运用物理和化学理论分析了腔内碱式碳酸铜的成因及其影响谐振腔放电的微观机理。实验结果证明,腔内主要腐蚀物碱式碳酸铜是造成激光器谐振腔湍流放电功率下降的主要原因,该结论可作为直流激励轴快流CO2激光器谐振腔和气体单元改进设计的参考,同时也为设备现场维护提供了一条新的途径。

  自1960年激光器问世以来,激光技术已在多个领域获得了成功的应用,如激光切割技术已成为激光加工领域最成功的应用技术之一。就目前的大功率激光切割应用市场而言,轴快流CO2激光发生器仍然是主流产品,如德国Trumpf公司、北美CP公司、瑞士Bystronic公司、日本FUNAC公司、日本三菱公司、美国PRC公司以及国内的南京东方、深圳大族等均以轴快流CO2激光器供应市场。

  南京东方激光有限公司于1993年从德国Rofin-Sinar公司引进1500W轴快流CO2激光器制造技术,形成了以NEL-A激光器代表的轴快流CO2激光器产品。与国外激光器相比,国产轴快流CO2激光器存在着输出功率低、功率稳定性差等缺点。为此本文对这类轴快流CO2激光器放电问题进行了研究,在排除了漏气等干扰因素之后,找出了导致其输出功率低、功率稳定性差的一个主要原因,即碱式碳酸铜的腐蚀。这一结果将有助于轴快流CO2激光器谐振腔和气体单元的改进设计。

  1、谐振腔结构

  图1所示为NEL-A轴快流CO2激光器谐振腔结构示意图

  这类激光器1000W以上的机型均为单折叠腔结构,均采用铜作为电极基座材料,在后端板折反镜处的通孔内嵌铜套。2kW的机型共有8根放电管,采用阳极接地、负高压直流激励的放电方式,工作高速流动的工作气体从阳极流进,从阴极流出;放电管分上下两路,输出窗在上路放电管前端板处,全反镜在下路放电管前端板处,此两处是两个阳极,是高速气流的盲道;在后端板处是两块折反镜,上下两路放电管在此处也是阳极,但不是盲道,可以通过后端板角块内通道连接;在上下放电管中部各有两个阳极,它们通过以铜为基材的中夹板相连,由于固定中夹板的支架是绝缘的,故要另加导线连接到阳极地,因为阴极是高压,所以均用绝缘树脂板固定。

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