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聊城激光切割的基本原理以及特點(diǎn)
發(fā)布時(shí)間：2020-4-15 10:30:05 瀏覽量： 次
相信很多購(gòu)買(mǎi)了光纖激光切割機(jī)的客戶(hù)，對(duì)于激光切割機(jī)的原理并不是很清楚，現(xiàn)在就讓聊城激光切割小編給大家普及一下金屬激光切割機(jī)的基本原理。
一、激光切割的原理
激光束聚焦成很小的光斑（其最小直徑可小于0.1mm）,使光斑處達(dá)到很高的功率密度，光斑下材料很快被加熱至氣化溫度，蒸發(fā)形成孔洞，追著光速與材料相對(duì)移動(dòng)，使孔洞連續(xù)，形成寬度很窄的切縫。
在激光熔化切割中，工件被局部熔化后借助氣流把熔化的材料噴射出去。因?yàn)椴牧系霓D(zhuǎn)移只發(fā)生在其液態(tài)情況下，所以該過(guò)程被稱(chēng)作激光熔化切割。
激光光束配上高純惰性切割氣體促使熔化的材料離開(kāi)割縫，而氣體本身不參。于切割。激光熔化切割可以得到比氣化切割更高的切割速度。氣化所需的能量通常高于把材料熔化所需的能量。在激光熔化切割中，激光光束只被部分吸收。最大切割速度隨著激光功率的增加而增加，隨著板材厚度的增加和材料熔化溫度的增加而幾乎反比例地減小。在激光功率一定的情況下，限制因數(shù)就是割縫處的氣壓和材料的熱傳導(dǎo)率。激光熔化切割對(duì)于鐵制材料和鈦金屬可以得到無(wú)氧化切口。產(chǎn)生熔化但不到氣化的激光功率密度，對(duì)于鋼材料來(lái)說(shuō)，在104W/cm2~105W/cm2之間。
2、汽化切割
在激光氣化切割過(guò)程中，材料表面溫度升至沸點(diǎn)溫度的速度是如此之快，足以避免熱傳導(dǎo)造成的熔化，于是部分材料汽化成蒸汽消失，部分材料作為噴出物從切縫底部被輔助氣體流吹走。此情況下需要非常高的激光功率。為了防止材料蒸氣冷凝到割縫壁上，材料的厚度一定不要大大超過(guò)激光光束的直徑。該加工因而只適合于應(yīng)用在必須避免有熔化材料排除的情況下。該加工實(shí)際上只用于鐵基合金很小的使用領(lǐng)域。
該加工不能用于，像木材和某些陶瓷等，那些沒(méi)有熔化狀態(tài)因而不太可能讓材料蒸氣再凝結(jié)的材料。另外，這些材料通常要達(dá)到更厚的切口。在激光氣化切割中，最優(yōu)光束聚焦取決于材料厚度和光束質(zhì)量。激光功率和氣化熱對(duì)最優(yōu)焦點(diǎn)位置只有一定的影響。在板材厚度一定的情況下，最大切割速度反比于材料的氣化溫度。所需的激光功率密度要大于108W/cm2，并且取決于材料、切割深度和光束焦點(diǎn)位置。在板材厚度一定的情況下，假設(shè)有足夠的激光功率，最大切割速度受到氣體射流速度的限制。
3、控制斷裂切割
對(duì)于容易受熱破壞的脆性材料，通過(guò)激光束加熱進(jìn)行高速、可控的切斷，稱(chēng)為控制斷裂切割。這種切割過(guò)程主要內(nèi)容是：激光束加熱脆性材料小塊區(qū)域，引起該區(qū)域大的熱梯度和嚴(yán)重的機(jī)械變形，導(dǎo)致材料形成裂縫。只要保持均衡的加熱梯度，激光束可引導(dǎo)裂縫在任何需要的方向產(chǎn)生。
4、氧化熔化切割（激光火焰切割）
a.切割質(zhì)量好。由于激光光斑小，能量密度高，一次激光切割就能獲得較好的切割質(zhì)量。激光切割的割縫一般在0.1-0.2mm,熱影響區(qū)寬度很小，切縫的幾何形狀好，切縫橫截面呈現(xiàn)較為規(guī)則的矩形。激光切割的切割面無(wú)毛刺，表面粗糙度R一般可到達(dá)12.5um以上，激光切割甚至作為最后一道加工工序，切割面一般不需要再加工即可直接進(jìn)行焊接，零部件可直接使用。
b.切割速度快。激光切割的速度比較快。例如采用2KV激光功率，8mm厚的碳鋼切割速度為1.6m/min，2mm厚的不銹鋼切割速度為3.5m/min.猶豫激光切割時(shí)，工件熱影響區(qū)小，變形極小，不需要裝夾固定，既可以節(jié)省裝夾夾具，又節(jié)省了裝夾等輔助時(shí)間。
c.可切割材料的種類(lèi)多。于氧-乙烷切割和等離子切割等切割方法比較，激光切割課切割的材料的種類(lèi)較多，包括金屬，非金屬，金屬基和非金屬基復(fù)合材料等。對(duì)于不同的材料，由于材料自身的熱物理性能及對(duì)激光的吸收率不同，則表現(xiàn)出不同的激光切割適應(yīng)性。
d.適合大件產(chǎn)品的加工。大件產(chǎn)品的模具制造費(fèi)用很高，激光加工不需要任何模具，而且激光加工完全避免材料沖剪時(shí)形成的塌邊，可以大幅度地降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的檔次。
e.清潔，安全，無(wú)污染。激光切割過(guò)程中噪聲低，振動(dòng)小，無(wú)污染，大大改善了操作人員的工作環(huán)境。
f.不易受電磁干擾。與電子束加工不同，激光加工對(duì)電磁場(chǎng)干擾不敏感，無(wú)需真空環(huán)境。
一、激光切割的原理
激光束聚焦成很小的光斑（其最小直徑可小于0.1mm）,使光斑處達(dá)到很高的功率密度，光斑下材料很快被加熱至氣化溫度，蒸發(fā)形成孔洞，追著光速與材料相對(duì)移動(dòng)，使孔洞連續(xù)，形成寬度很窄的切縫。
二、聊城激光切割的方法
在激光熔化切割中，工件被局部熔化后借助氣流把熔化的材料噴射出去。因?yàn)椴牧系霓D(zhuǎn)移只發(fā)生在其液態(tài)情況下，所以該過(guò)程被稱(chēng)作激光熔化切割。
激光光束配上高純惰性切割氣體促使熔化的材料離開(kāi)割縫，而氣體本身不參。于切割。激光熔化切割可以得到比氣化切割更高的切割速度。氣化所需的能量通常高于把材料熔化所需的能量。在激光熔化切割中，激光光束只被部分吸收。最大切割速度隨著激光功率的增加而增加，隨著板材厚度的增加和材料熔化溫度的增加而幾乎反比例地減小。在激光功率一定的情況下，限制因數(shù)就是割縫處的氣壓和材料的熱傳導(dǎo)率。激光熔化切割對(duì)于鐵制材料和鈦金屬可以得到無(wú)氧化切口。產(chǎn)生熔化但不到氣化的激光功率密度，對(duì)于鋼材料來(lái)說(shuō)，在104W/cm2~105W/cm2之間。
2、汽化切割
在激光氣化切割過(guò)程中，材料表面溫度升至沸點(diǎn)溫度的速度是如此之快，足以避免熱傳導(dǎo)造成的熔化，于是部分材料汽化成蒸汽消失，部分材料作為噴出物從切縫底部被輔助氣體流吹走。此情況下需要非常高的激光功率。為了防止材料蒸氣冷凝到割縫壁上，材料的厚度一定不要大大超過(guò)激光光束的直徑。該加工因而只適合于應(yīng)用在必須避免有熔化材料排除的情況下。該加工實(shí)際上只用于鐵基合金很小的使用領(lǐng)域。
該加工不能用于，像木材和某些陶瓷等，那些沒(méi)有熔化狀態(tài)因而不太可能讓材料蒸氣再凝結(jié)的材料。另外，這些材料通常要達(dá)到更厚的切口。在激光氣化切割中，最優(yōu)光束聚焦取決于材料厚度和光束質(zhì)量。激光功率和氣化熱對(duì)最優(yōu)焦點(diǎn)位置只有一定的影響。在板材厚度一定的情況下，最大切割速度反比于材料的氣化溫度。所需的激光功率密度要大于108W/cm2，并且取決于材料、切割深度和光束焦點(diǎn)位置。在板材厚度一定的情況下，假設(shè)有足夠的激光功率，最大切割速度受到氣體射流速度的限制。
3、控制斷裂切割
對(duì)于容易受熱破壞的脆性材料，通過(guò)激光束加熱進(jìn)行高速、可控的切斷，稱(chēng)為控制斷裂切割。這種切割過(guò)程主要內(nèi)容是：激光束加熱脆性材料小塊區(qū)域，引起該區(qū)域大的熱梯度和嚴(yán)重的機(jī)械變形，導(dǎo)致材料形成裂縫。只要保持均衡的加熱梯度，激光束可引導(dǎo)裂縫在任何需要的方向產(chǎn)生。
4、氧化熔化切割（激光火焰切割）
熔化切割一般使用惰性氣體，如果代之以氧氣或其它活性氣體，材料在激光束的照射下被點(diǎn)燃，與氧氣發(fā)生激烈的化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生另一熱源，使材料進(jìn)-步加熱，稱(chēng)為氧化熔化切割。由于此效應(yīng)，對(duì)于相同厚度的結(jié)構(gòu)鋼，采用該方法可得到的切割速率比熔化切割要高。另一方面，該方法和熔化切割相比可能切口質(zhì)量更差。
a.切割質(zhì)量好。由于激光光斑小，能量密度高，一次激光切割就能獲得較好的切割質(zhì)量。激光切割的割縫一般在0.1-0.2mm,熱影響區(qū)寬度很小，切縫的幾何形狀好，切縫橫截面呈現(xiàn)較為規(guī)則的矩形。激光切割的切割面無(wú)毛刺，表面粗糙度R一般可到達(dá)12.5um以上，激光切割甚至作為最后一道加工工序，切割面一般不需要再加工即可直接進(jìn)行焊接，零部件可直接使用。
b.切割速度快。激光切割的速度比較快。例如采用2KV激光功率，8mm厚的碳鋼切割速度為1.6m/min，2mm厚的不銹鋼切割速度為3.5m/min.猶豫激光切割時(shí)，工件熱影響區(qū)小，變形極小，不需要裝夾固定，既可以節(jié)省裝夾夾具，又節(jié)省了裝夾等輔助時(shí)間。
c.可切割材料的種類(lèi)多。于氧-乙烷切割和等離子切割等切割方法比較，激光切割課切割的材料的種類(lèi)較多，包括金屬，非金屬，金屬基和非金屬基復(fù)合材料等。對(duì)于不同的材料，由于材料自身的熱物理性能及對(duì)激光的吸收率不同，則表現(xiàn)出不同的激光切割適應(yīng)性。
d.適合大件產(chǎn)品的加工。大件產(chǎn)品的模具制造費(fèi)用很高，激光加工不需要任何模具，而且激光加工完全避免材料沖剪時(shí)形成的塌邊，可以大幅度地降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的檔次。
e.清潔，安全，無(wú)污染。激光切割過(guò)程中噪聲低，振動(dòng)小，無(wú)污染，大大改善了操作人員的工作環(huán)境。
f.不易受電磁干擾。與電子束加工不同，激光加工對(duì)電磁場(chǎng)干擾不敏感，無(wú)需真空環(huán)境。