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贵州激光切割CR-39径迹片

发布者: 发布时间:2016/6/13 17:45:13 阅读:次 【字体:

徐志学,男,1952年出生,复旦大学毕业,助理研究员,长期从事激光器件及其应用的研究工作,获得三项军队科技进成果奖。

核径迹探测器CR一39是一种可用于测氡(侧a粒子),以及在卫星舱内作为辐射通量测量的探测器。该器件是一种薄的易碎裂材料。

若采用机械切割方法,裁剪出来的产品边缘不齐,易产生向内的裂纹。

不仅劳动强度大,生产效率低,且质量难以保证。为此,采用激光切割方法对防化研究院二所提供的CR一39材料进行各种切割参数下的激光切割试脸研究。

众所周知,激光为加工业提供了一种全新的加工方法和工具,对一些特殊材料,坚硬或易碎的异形材,激光加工大有用武之地,有关采用激光方法切割金属或非金属材料方面的报通很多,所采用的仪器参数各有不同。而用激光切割CR一39材料尚未见国内报道。本文介绍以激光切割CR-39材科生产固体径迹探测器的研究结果。

一、切割实验装置参数

激光切割是将高能量密度聚焦激光束作用于材料,使之熔化成气化,随后由辅助气体将熔融物吹走,住材料成形的一种加工方法,激光功率、辅助气休等加工参数的选择需视加工材料而定。对金属材料,需采用高功率器件并用氧气作为辅助气体,对非金属材料,多采用低功率器件,用压缩空气或氮气作为辅助气体。欲切割的CR-39材料为很薄的非金属材料,实验选用2种低功率二氧化氮激光器分别以氮气,氮气和压缩空气作为辅助气体。

1、加工方法

激光器和光传输系统静止不动,被加工材料在移动工作平台带动下,相对于聚焦光点最圆周运动或直线运动,辅助气体通过气路与聚焦光束同轴喷出,精细调整焦距、激光输出功率,切割速度、辅助气体流量等可切割出圆形或矩形片样。

二、实验结果与讨论

利用上述实脸加工装置,实验选定最佳加工参数为,选用激光器最大输出功率为60W的器件;采用双面增透锗透镜,焦距为81mm,计算焦斑直径约0.126mm;以氮气为辅助气体,压力约为0.13MPa;切割速度为50mm。

1、激光功率的影响

实脸透用2种封离型二氧化碳激光器。最高输出功率为30W的激光器,相应调整其他参效,虽能将CR-39材料切断,但切割边缘不齐,切割难度太慢,切割效果不理想,表明该激光功率偏低。最大输出功率为60W的激光器,加工出的CR-39径迹片边缘齐整,切割速度快,切割效果显著变好,这说明激光功率为60W时,切割效果较佳。

2、激光模式和焦距的影响

激光输出模式有高阶模、低阶模和基模之分,对切割加工来讲,最好的模式应是TEM基模,采用这种摸式,再经透镜聚焦后,光点最小,能量最集中,切割缝最细。制作这种激光器所需采取的措施将导致激光器输出功率降低,自制2台激光器,其输出基本上为准基模,即输出模式有时不是很圆。经粗测证实,多于85%的输出能量集中在中心。这虽非严格的基模,但切割效果还是不错的。就焦距的长短而言,长焦距有较大焦深、易调整,有利于切割较厚的材料,但会聚的能量不如短焦距集中。就切割约0.4mm厚的CR一39薄片面言,只要精确对准焦点的位置,选择短焦距的透镜更有利于切割。

3、切割速度的影响

切割速度是影响切割质量的另一重要因素,速度太快,材料切不断;太慢,则切缝宽、热影响大、工效不高。切割速度试验结果表明,在激光功率略有余量的情况下,可以试脸选择出合适的切割速度。

4、辅助气体及其压力的影响

分别采用氧气、氮气和压缩空气作为辅助气体的实脸结果表明,压缩空气易使切割材料受到油雾和灰尘的污染,不宜采用。氧气不污染材料,切割质量也好,但对其压力调整要求较为严格、若调整不当,易使切割材料着火,加工时不安全,氮气既不污染材料又可防止着火,是一种切割CR-39材料的理想辅助气体。在喷咀形状和大小业已选定条作下,压力的选择并不产格,0.13MPa即能满足加工要求。

5、对加工环境的要求

切割过程中将产生烟尘,并伴有难闻的气味。切割整机应配有排烟尘设备,或将切割机安置在通风柜中进行切割,以改善加工环境,于提高加工质量有利。

三、结论

激光切割核径迹探侧着CR一39研究结果表明,采用这种方法将大大提高切割效率和切割质量,利用本文所述样机,1天内可切割出2000片CR-39。如此有的工效和质量是手二裁剪无法达到的。

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