高功率连续激光和脉冲激光复合的远程破拆系统及方法

本发明涉及破拆，具体涉及到一种高功率连续激光和脉冲激光复合的远程破拆系统及方法。

背景技术：

1、激光破拆利用激光切割技术将聚焦的高功率激光光束照射在目标对象，使被照射的对象材料迅速熔化、气化烧蚀并形成孔洞，随着光束移动，孔洞连续形成切缝，实现对材料的切割，激光破拆可根据激光束从激光头发射到目标点的距离分为近距离激光破拆和远程激光破拆两种。

2、随着高功率激光器技术不断发展，设备成本不断走低，激光设备亦趋向便携、轻量化，其操作方便灵活，安全性好，材料适应性好，激光破拆的应用前景也日益广阔，在事故应急救援、核设施退役等领域发挥着重要应用，但在核退役、地震、房屋倒塌、矿井、火灾等一些破拆场景下，避免二次事故造成人员伤害，操作人员往往不能太靠近破拆对象，可利用高功率连续激光器进行远程切割。目前远程激光破拆设备与近距离激光破拆设备一样，往往配合高压切割气体，借助高速气流带走熔融材料，来获得更好的切割效率。但因距离问题，高速气流的作用减弱，材料去除的机理主要依赖激光热致使的气化作用以及重力导致的溶体下淌，导致激光破拆切割的效率远远低于近距离破拆的情况。因此，如何开发激光远程破拆系统及方法是需要进行改进的。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种高功率连续激光和脉冲激光复合的远程破拆系统及方法。

2、本发明的技术方案是：高功率连续激光和脉冲激光复合的远程破拆系统，包括连续激光发生器、脉冲激光发生器、聚焦透镜和反射镜。

3、所述连续激光发生器提供破拆过程中的主要能量。

4、所述脉冲激光发生器提供瞬时性巨大能量，引起熔池的爆炸和飞溅，抛出材料。

5、所述聚焦透镜设置于连续激光发生器产生的连续激光束光路上，将连续激光束和脉冲激光束复合形成的新激光束聚焦一个小点上。

6、所述反射镜设置于脉冲激光发生器产生的脉冲激光束光路上，用于改变脉冲激光束的方向，使得其与连续激光束的方向一致，形成同轴复合。

7、本发明进一步的技术方案是：所述连续激光发生器的功率为10 kw以上，功率密度达104～109 w/cm2，脉冲激光发生器的平均功率为1 kw 以上、峰值功率为100 kw以上，能量密度为10 j/cm2以上。

8、本发明更进一步的技术方案是：所述脉冲激光发生器脉冲宽度为纳秒量级，频率为1～10 hz。

9、本发明更进一步的技术方案是：所述复合后的连续激光束和脉冲激光束在待破拆对象上形成光斑，光斑照射在熔池上，激烈扰动熔池甚至造成熔池爆炸并飞溅。

10、本发明的另一技术方案是：应用于前述高功率连续激光和脉冲激光复合的远程破拆系统的方法，包括如下步骤，

11、步骤a、调整连续激光发生器输出光束的焦点，使输出光束聚焦于待破拆对象上，形成光斑。

12、步骤b、启动连续激光发生器，连续激光发生器发射稳定的高功率的连续激光束，连续激光束在聚焦透镜的作用下折射，聚焦在待破拆对象上。

13、步骤c、启动脉冲激光发生器，脉冲激光发生器发射间歇性脉冲激光束，间歇性脉冲激光束照射到反射镜上，在反射镜的作用下，其方向改变为与连续激光束的方向一致，连续激光束和脉冲激光束复合后的激光束在聚焦透镜的作用下发射折射，聚焦在待破拆对象上，同轴复合后的激光束在工件上形成光斑，光斑照射在熔池上，输入瞬时性巨大能量，激烈扰动熔池甚至造成熔池爆炸并飞溅。

14、步骤d、连续激光发生器与脉冲激光发生器耦合，连续激光发生器切割材料，产生熔池，脉冲激光发生器以频率为1-10 hz，瞬时能量10j以上间歇性的向熔池中注入瞬时能量，然后扰动熔池甚至造成熔池爆炸并飞溅，周期循环，达到持续的抛出破拆材料的作用。

15、本发明的进一步技术方案是：若切割过程中产生等离子体，为避免脉冲激光束被等离子体截获，通过时序控制实现发生脉冲激光束时连续激光发生器处于暂时关闭状态。

16、本发明与现有技术相比具有如下特点：

17、本发明采用高功率连续激光器发射出高功率连续激光和采用高功率脉冲激光器发射出高功率脉冲激光进行复合远距离破拆切割作业，不仅能够提供大量的能量熔化甚至气化破拆对象的材料并形成熔池；且脉冲激光间歇性往熔池中注入瞬时性巨大能量，并提出时序控制避免脉冲激光束致等离子体截获方法，保证持续性、激烈的扰动熔池，甚至造成熔池的连续爆炸并飞溅，达到持续、快速抛出材料的作用，进而大幅度的提高了激光破拆中去材料的效率。

18、以下结合附图和具体实施方式对本发明的详细结构作进一步描述。

技术特征：

1.高功率连续激光和脉冲激光复合的远程破拆系统，其特征是：包括连续激光发生器、脉冲激光发生器、聚焦透镜和反射镜；

2.如权利要求1所述的高功率连续激光和脉冲激光复合的远程破拆系统，其特征是：所述连续激光发生器的功率为10 kw以上，功率密度达104～109 w/cm2，脉冲激光发生器的平均功率为1 kw 以上、峰值功率为100 kw以上，能量密度为10 j/cm2以上。

3.如权利要求1所述的高功率连续激光和脉冲激光复合的远程破拆系统，其特征是：所述脉冲激光发生器脉冲宽度为纳秒量级，频率为1～10hz。

4.如权利要求1所述的高功率连续激光和脉冲激光复合的远程破拆系统，其特征是：所述复合后的连续激光束和脉冲激光束在待破拆对象上形成光斑，光斑照射在熔池上，激烈扰动熔池甚至造成熔池爆炸并飞溅。

5.应用于权利要求1至4任一项所述的高功率连续激光和脉冲激光复合的远程破拆系统的方法，其特征是：包括如下步骤，

6.如权利要求5所述的应用于高功率连续激光和脉冲激光复合的远程破拆系统的方法，其特征是：若切割过程中产生等离子体，为避免脉冲激光束被等离子体截获，通过时序控制实现发生脉冲激光束时连续激光发生器处于暂时关闭状态。

技术总结
高功率连续激光和脉冲激光复合的远程破拆系统，包括连续激光发生器、脉冲激光发生器、聚焦透镜和反射镜。连续激光发生器提供破拆过程中的主要能量；脉冲激光发生器提供瞬时性巨大能量，反射镜用于改变脉冲激光束的方向，使得其与连续激光束的方向一致并复合。通过聚焦透镜调整输出光束使其聚焦于待破拆对象上，依次启动连续激光发生器和脉冲激光发生器，产生激光束，并聚焦在待破拆对象上。本发明通过提供稳定能量的同时注入瞬间性能量，造成熔池剧烈扰动甚至爆炸，并提出时序控制避免脉冲激光束致等离子体截获方法，保证熔池持续剧烈扰动甚至连续爆炸并飞溅，从而实现激光破拆中去材料效率的有效提高，具有较大的实际应用前景。

技术研发人员：柏兴旺,吕浩,周祥曼,张海鸥
受保护的技术使用者：南华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15