激光技术在金属打标中的应用

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目前各种金属的加工几乎都使用Nd∶YAG激光器。然而低功率CO2激光器也能在多种金属材料上打标，包括低碳钢和不锈钢、铬镍铁合金以及钛等。由Synrad公司最近研制成功的60W风冷式CO2激光器具有脉冲上升时间快和光束质量高等特点，因而特别适合于金属打标。这种激光器可与检流计式打标头组合构成一袖珍封装系统。与YAG系统相比，该系统具有小轨迹和费用低的特点。面对众多工业领域对在各种金属工件上打标的要求，如打印文字、图形、条形码或其他码，CO2激光器将拥有巨大的应用市场。
在金属上打标通常使用50～200W的CO2激光器。打标的类型有表面熔化型和非表面熔化型两种。在非表面熔化中，当材料由聚焦激光束加热时，由表面氧化作用形成变色的标记；而在表面熔化中，需要增加激光辐照能量以使金属材料表面熔化，熔化的金属再凝固形成标记。形成的标记类型由激光能量输入、打标的保护气体种类和所用材料等因素决定。
用60WCO2激光器在316型不锈钢上打印的标记：表面熔化型标记，非表面熔化型标记因为在金属上打标是一个高能处理过程，因此光斑尺寸越小，透镜焦距越短,打出的标记质量就越高，打标周期也相对短。但这要以缩小整个打标场尺寸为代价。对于钢材来说，最大的实用光斑直径为300，最小约为100。这些光斑的大小使打标场的尺寸(直径)分别约为4in和12in。100光斑的功率密度是300靘光斑的9倍。很明显，透镜焦距和打标场尺寸最小化能显著缩短打标周期。
对于一给定的光学系统，激光器输出的光束质量越高，聚焦后的光斑尺寸就越小，因而能提高加工效率。应该使用何种尺寸的光斑亦和标记本身的尺寸有关。对于大多数材料而言，最小字符的高度约为光斑尺寸的5倍，即100靘的光斑能产生高度为0.02in的字符。金属表面的光洁度是影响最终加工结果的重要因素之一。表面粗糙度高的喷砂金属，其光反射比光洁表面少，因而打标时需要输入的激光能量也少。裸铝、赤铜和黄铜不能直接用低功率CO2激光器打标，但经过阳极氧化或喷涂的表面可用较低功率(10W量级)的CO2激光器打印出清晰的标记。