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隨著光纖激光器在工業(yè)加工領(lǐng)域的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)展，高功率光纖激光器也有了更大的需求。在更高功率的激光器應(yīng)用中，就會(huì)出現(xiàn)一系列新問題，從而影響激光加工的穩(wěn)定性，比如熱透鏡效應(yīng)。

一、什么是熱透鏡效應(yīng)

由于光學(xué)元件質(zhì)量差、臟污、損壞等原因造成對(duì)激光吸收率增大，光學(xué)元件受激光束連續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間照射后，溫度升高產(chǎn)生熱變形，進(jìn)而引起透過型光學(xué)元件的折射率和反射型光學(xué)元件的反射方向發(fā)生變化。熱透鏡效應(yīng)會(huì)改變激光焦點(diǎn)（束腰）的位置，進(jìn)而影響應(yīng)用效果。

由于透過型光學(xué)元件對(duì)激光吸收率更高，溫度上升更大，因此熱透鏡效應(yīng)更明顯。接下來主要針對(duì)不同激光應(yīng)用設(shè)備中，易出現(xiàn)熱透鏡問題的光學(xué)元件做分析。

二、熱透鏡效應(yīng)在激光應(yīng)用中的影響

功率越高、加工高反材料，光學(xué)元件受熱膨脹越迅速，熱透鏡越明顯；產(chǎn)生熱透鏡效應(yīng)時(shí)，光學(xué)元件受熱膨脹，出現(xiàn)聚焦能力變強(qiáng)，聚焦光斑尺寸變小，焦距和焦深變短現(xiàn)象。

這些現(xiàn)象的產(chǎn)生，最終會(huì)造成激光加工不穩(wěn)定，影響激光加工效果。

01

對(duì)打標(biāo)的影響

（1）氧化鋁打黑：發(fā)生熱透鏡效應(yīng)時(shí)，焦距變短，材料表面能量密度降低，氧化鋁打不黑，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)中心和邊緣效果黑度不一致現(xiàn)象。

（2）金屬深雕：金屬深雕一般使用焦距（焦深）短的場(chǎng)鏡，當(dāng)高功率深雕時(shí)，由于熱透鏡效應(yīng)，材料處能量密度迅速下降，造成金屬打不深。由于光學(xué)元件中心比邊緣膨脹大，出現(xiàn)中心淺，四周深現(xiàn)象（深度不一致）。

（3）薄片切割：根據(jù)不同的材料，脈沖光纖激光器切割薄片通常采用單次慢速或多次快這兩種方法。熱膨脹與冷卻回縮可以在很短時(shí)間（＜1S）內(nèi)發(fā)生，因此切割時(shí)出現(xiàn)起始位置可以切穿，其它位置切不穿材料。

02

對(duì)焊接的影響

（1）金屬薄片點(diǎn)焊：對(duì)于高功率光纖激光器點(diǎn)焊金屬薄片，熱透鏡效應(yīng)會(huì)造成焊點(diǎn)大小不一致，焊接不牢固性，拉拔力不夠。

（2）金屬連續(xù)焊：連續(xù)光焊接金屬相對(duì)于切割，反射率更高。高功率焊接時(shí)，熱透鏡效應(yīng)會(huì)造成焊接前部分正常，后部分焊接深度淺或完全焊不透。焊接鋁和銅高反材料，熱透鏡效應(yīng)更明顯。

03

對(duì)切割的影響

（1）不銹鋼切割：不銹鋼切割時(shí)，熱透鏡效應(yīng)會(huì)造成切割面不一致，掛渣越來越多，甚至出現(xiàn)切割不斷問題。

（2）碳鋼切割：碳鋼切割時(shí)，熱透鏡效應(yīng)會(huì)造成底部熔渣越來越多，切割不斷問題。

三、熱透鏡效應(yīng)解決辦法

1、振鏡頭加工設(shè)備不同光學(xué)元件鏡片產(chǎn)生熱透鏡效應(yīng)的解決方法：

2、切割頭/焊接頭加工設(shè)備不同光學(xué)元件鏡片產(chǎn)生熱透鏡效應(yīng)的解決方法：

來源：創(chuàng)鑫激光