高功率连续激光和脉冲激光复合的远程破拆系统及方法

技术领域

本发明涉及破拆技术领域，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

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。

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。

发明内容

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。

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。

所述连续激光发生器提供破拆过程中的主要能量。

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。

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。

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。

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10

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。

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。

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，

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。

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。

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。

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。

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。

本发明与现有技术相比具有如下特点：

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。

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。

附图说明

图1为本发明的远程破拆系统工作的示意图。

实施方式

实施例一，如图1所示，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1、脉冲激光发生器2、聚焦透镜3和反射镜4。

所述连续激光发生器1为10 KW以上、功率密度为10

所述脉冲激光发生器2为平均功率1 KW以上、峰值功率100 KW以上的脉冲激光器，频率为1～10 HZ，脉冲宽度为纳秒量级，能量密度为10 J/cm

所述聚焦透镜3设置于连续激光发生器1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，形成光斑，增加能量密度，在待破拆对象5上产生高能量。

所述反射镜4设置于脉冲激光发生器2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，并复合。

实施例二，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：

步骤A、调整连续激光发生器1输出光束的焦点，使输出光束聚焦于待破拆对象5上，形成光斑。

步骤B、启动连续激光发生器1，连续激光发生器1发射稳定的高功率的连续激光束，连续激光束在聚焦透镜3的作用下，聚焦在待破拆对象5上。此时，连续激光发生器1在待破拆对象5上聚焦形成一个光斑，以此在待破拆对象5上产生高能量密度，提供破拆过程中的主要能量，实现更有效的切割。随着连续激光发生器1启动时间的增加，待破拆对象5上的光斑熔化甚至气化待破拆对象5的材料并形成熔池6，熔池6在重力的作用下，溶体会下淌，下淌过程时间长，待破拆对象5持续受热，材料不断熔化，熔池6越来越大。

步骤C、启动脉冲激光发生器2，脉冲激光发生器2发射间歇性脉冲激光束，间歇性脉冲激光束照射到反射镜4上，在反射镜4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3的作用下折射，聚焦在待破拆对象5上。从而，增加了此方向的光束密度，实现了连续激光束和脉冲激光束的复合，复合后的激光束在聚焦透镜3中会发生折射，聚焦于一点，在待破拆对象5上形成一个能量密度更大的光斑，光斑照射在熔池6上，往熔池6中注入瞬时性巨大能量，激烈扰动熔池6，加快下淌的速度，甚至造成熔池6的爆炸并飞溅，从而起到快速抛出材料的作用。

步骤D、连续激光发生器1与脉冲激光发生器2耦合，连续激光发生器1切割材料，产生熔池6；脉冲激光发生器2以频率为1～10HZ、瞬时产生10J以上的能量，间歇性的向熔池6中注入瞬时能量，然后扰动熔池6甚至造成熔池6爆炸并飞溅，周期循环，达到持续的抛出破拆材料的作用。

若切割过程中产生等离子体，可能产生脉冲激光束被等离子体截获的情况，从而等离子体把脉冲激光束的能量吸收，使得熔池6接受不到瞬时性能量，对熔池6的扰动不明显，甚至无法造成熔池爆炸影响破拆的效率和质量。为提高破拆的效率和质量，当发生脉冲激光束被等离子体截获的情况时，设置通过时序控制使得发生脉冲激光束时连续激光发生器1处于暂时关闭状态，熔池6上等离子体消失，脉冲激光束直接照射到熔池6中，顺利提供瞬时巨大能量，保证熔池6持续性、激烈扰动，甚至造成熔池6连续爆炸并飞溅。

通过连续激光发生器1、脉冲激光发生器2分别产生的激光的复合，不仅能够实现待破拆对象5持续受热的熔化速度的提升，而且脉冲激光束的间歇性加入形成不断的扰动，甚至引起熔池6连续性爆炸并飞溅，实现大幅度提高激光破拆中去材料的效率。