YAGレーザの熱レンズ効果について

レーザ加工を行う上で、一番起こりえる問題として、熱レンズ効果があげられます。

熱レンズ効果とは、レーザ光が物質に吸収されることで、温度が上昇し、密度や屈折率が変化する現象をいいます。

ランプ励起式YAGレーザの場合、熱が溜まりやすい箇所(YAGロッド中心部)と熱が溜まりにくい箇所(YAGロッド外側)で温度分布に差異が生じます。

YAGロッド熱レンズ効果

すると、中心部の屈折率が外側の屈折率よりも大きくなり、両凸レンズのような特性を持ってしまいます。

この熱レンズ効果により、レーザの広がり角が変化し、焦点位置が変わる事で加工品質を不安定にさせる要因となります。

熱レンズ効果焦点位置ずれ

またこの熱レンズ効果は、繰返し周波数(PPS)によって変化するので、微細溶接や焦点がシビアな溶接に関しては、重要な問題となっています。

この熱レンズ効果は、保護ガラスでも発生する場合があります。通常透過性の高いものを使用していますが、保護ガラスの汚れや溶接時のヒュームなどが原因で、そこから発熱し熱レンズ効果が発生します。

保護ガラスの取扱いにも注意が必要になるので、定期的にクリーニング、交換を実施する事を推奨します。

弊社が取り扱っているYAGレーザ溶接機【UJシリーズ】ではこの熱レンズ効果を抑制する為、YAGロッドの結晶温度を一定にする工夫をしています。

また高出力で、微細溶接を行うアプリケーションや焦点がシビアなアプリケーションなどは、熱レンズ効果が少ないファイバレーザを推奨しています。

弊社では実験室も完備しており、サンプル実験は無償で対応していますので、溶接でお困りの際は是非当社までお問い合せ下さい。

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