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激光切割加工基本理论知识

文章出处:东圣标识    人气:     发表时间:2019-04-27
  大型激光切割加工当聚焦的激光束照到工件上时,照射区域会急剧升温以使材料熔化或者气化。一旦激光束穿透工件,切割过程就开始了:激光束沿着轮廓线移动,同时将材料熔化。通常会用一股喷射气流将熔融物从切口吹走,在切割部分和板架间留下一条窄缝,窄缝几乎与聚焦的激光束等宽。

  火焰切割 火焰切割是切割低碳钢时采用的一种标准工艺,采用氧气作为切割气体。氧气加压到高达 6 bar 后吹进切口。在那里,被加热的金属与氧气发生反应:开始燃烧和氧化。化学反应释放大量的能量(达到激光能量的五倍)辅助激光束进行切割。熔化切割 熔化切割是切割金属时使用的另一种标准工艺。也可以用于切割其他可熔材料,例如陶瓷。采用氮气或者氩气作为切割气,气压 2-20 bar 的气体吹过切口。氩气和氮气是惰性气体,这意味着它们不和切口中的熔化金属发生反应,仅仅将它们向底部吹走。

  同时,惰性气体可以保护切割边缘不被空气氧化。压缩空气切割 压缩空气同样可以用来切割薄板。空气加压到 5-6 bar 就足以吹走切口中的熔融金属。由于空气中接近 80% 都是氮气,因此压缩空气切割基本上属于熔化切割。等离子体辅助切割 如果参数选择恰当,等离子体辅助熔化切割切口中会出现等离子体云。等离子体云由电离的金属蒸气和电离的切割气组成。等离子体云吸收 CO2 激光的能量并转化进工件,使更多的能量耦合到工件,材料会更快熔化,从而使切割速度更快。

  因此,这种切割过程也叫高速等离子体切割。 等离子体云事实上相对于固体激光是透明的,因此等离子体辅助熔化切割只能使用 CO2 激光。气化切割 气化切割将材料蒸发,尽可能减小了对周围材料的热效应影响。采用连续 CO2 激光加工蒸发低热量、高吸收的材料就可以达到上述效果,例如薄的塑料薄膜以及木材、纸、泡沫等不熔化的材料。

  超短脉冲激光使这项技术可以应用于其他材料。金属中的自由电子吸收激光并剧烈升温。激光脉冲不与熔融的粒子和等离子体反应,材料直接升华,没有时间将能量以热量的形式传给周围材料。皮秒脉冲烧蚀材料时没有明显的热效应,没有熔化和毛刺形成。许多参数影响激光切割过程,其中一些取决于激光器和机床的技术性能,而另一些是变化的。偏振度偏振度表明多少百分比的激光被转换。典型的偏振度一般在 90% 左右。这对于高质量的切割已经足够了。

  焦点直径焦点直径影响切口宽度,可以通过改变聚焦镜的焦距改变焦点直径。更小的焦点直径意味着更窄的切口。焦点位置焦点位置决定了工件表面上的光束直径和功率密度以及切口的形状。激光功率激光功率应和加工类型、材料种类和厚度相匹配。功率必须足够高以至于工件上的功率密度超出加工阈值。工作模式连续模式主要用于切割毫米到厘米尺寸的金属和塑料的标准轮廓。

  而大型激光切割加工为了熔化穿孔或者产生精密的轮廓,则采用低频的脉冲激光。切割速度激光功率和切割速度必须互相匹配。太快或者太慢的切割速度都会导致粗糙度的增加和毛刺的形成。

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