激光切割技術廣泛應用於金屬和非金(jīn)屬材料的加工中,可大大減少加工(gōng)時間,降低加工成本,提高工件質量。現代的激光成了人們所幻想追求的“削鐵如泥”的“寶劍”。 以金運激光CO2激(jī)光切割機為例,整個係統(tǒng)由控製係統、運動係統、光(guāng)學係統、水冷係統(tǒng)、排煙和吹(chuī)氣保護係統等(děng)組成,采(cǎi)用最先進的數控模式實現多軸(zhóu)聯(lián)動及激光不受速度影響的等能量切割(gē),同時(shí)支持DXP、PLT、CNC等圖形格(gé)式並強化界麵圖形繪製處(chù)理能力;采用性(xìng)能優越的進口伺服電機和傳動(dòng)導向結構(gòu)實現在高速狀態下良好的運動(dòng)精度。
激光切割(gē)是應用激光聚焦(jiāo)後產生的高功率密度能量來實現的。在計算機的(de)控製下(xià),通(tōng)過脈(mò)衝(chōng)使激光器放電(diàn),從而輸(shū)出受控的重複高頻率的脈衝激光,形成(chéng)一定(dìng)頻率,一定脈寬的光束,該脈衝激光束經過光路傳導及反(fǎn)射(shè)並通(tōng)過聚焦透(tòu)鏡組聚焦(jiāo)在加工物(wù)體(tǐ)的表(biǎo)麵(miàn)上,形(xíng)成一個個細(xì)微的(de)、高能量密度光斑,焦斑(bān)位於待加工麵附近,以瞬間(jiān)高溫熔化或氣(qì)化被加(jiā)工材料。每一個(gè)高能量的激光脈衝瞬間就把物體表麵濺射(shè)出一個細小的孔(kǒng),在計算(suàn)機控製下,激光加工頭與被加工材料按預先繪好的圖形進行連續(xù)相(xiàng)對運(yùn)動打點,這(zhè)樣就會把物體加工成想要的形狀。切割時,一股與光束同軸氣流由切割頭噴出,將熔化或氣化的材料由切口的底部吹出(注:如果吹出的(de)氣體和被切割材料產生熱效反應,則此反應將提供(gòng)切割所需的(de)附加能(néng)源;氣流(liú)還有冷卻已切割麵,減少熱影響區和保證聚焦鏡不受汙染的作用(yòng))。與傳統的(de)板材加工方(fāng)法(fǎ)相(xiàng)比,激光切(qiē)割(gē)其具有高的切割質量(切(qiē)口寬度窄、熱影響區小、切口光潔) 、高的切割速度、高的柔(róu)性(xìng)(可隨意切割任意(yì)形狀) 、廣泛(fàn)的材(cái)料適應性等優點。
主要工藝有以下幾種:
1、汽化(huà)切割。
在高功(gōng)率密度激光束的加熱下,材料表麵溫度升(shēng)至沸點溫度的速度是如此之快,足以(yǐ)避免熱(rè)傳導造成的熔化,於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。一些不能熔化的(de)材料,如木材、碳素材料和某些塑料就是通過這種汽化切割方法切割成(chéng)形的。
汽化切(qiē)割過程(chéng)中,蒸汽隨(suí)身帶走熔化質點(diǎn)和衝(chōng)刷碎(suì)屑,形成孔洞。汽化過(guò)程中,大約40%的材料化作蒸(zhēng)汽消失,而有60%的(de)材料是以熔滴的形式被氣(qì)流驅除的。
2、熔化切割。
當入射的激光束功率密度超過某一值後,光束照射點處材料內部開始(shǐ)蒸(zhēng)發,形成孔洞。一旦這種小孔形成,它將作為黑體吸收所有的入射光束能量(liàng)。小孔被(bèi)熔化金屬(shǔ)壁所包圍,然後,與光束同軸的輔助氣流把孔(kǒng)洞周圍(wéi)的熔融材料帶走。隨著工件移動,小孔按切割方向同步橫(héng)移形成一條切縫。激光束繼續沿著這條縫的前沿照射,熔化材料持續或脈動地從縫內被吹走。
3、氧化熔化切割。
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(guāng)束的照射下被點(diǎn)燃,與氧氣發生激烈的化學反應而產生另一熱源(yuán),稱為氧化熔化切割。具(jù)體描述如下:
(1)材料表(biǎo)麵在激(jī)光束的照射下很快被加熱到燃點溫度,隨之與氧氣發生(shēng)激烈的(de)燃燒反應,放出大(dà)量熱量。在此(cǐ)熱量作用下,材料內部形成充滿蒸汽的小孔,而小孔的周圍(wéi)為熔融的金屬壁所包(bāo)圍。
(2)燃燒物質轉移成熔渣(zhā)控(kòng)製氧和金屬的燃燒速度,同時氧氣擴散通過熔渣(zhā)到(dào)達點火前沿(yán)的快慢也對燃燒速度有很大的(de)影響。氧氣流速越高,燃燒化學(xué)反應和去除熔渣的速度也越快。當然,氧氣流速(sù)不是越高越好,因為流速(sù)過快(kuài)會導致切縫出口處反應產物即金(jīn)屬氧化(huà)物的快速冷卻,這對切割質量也是不利的。
(3)顯然,氧化熔化切割過程存在著兩個熱源,即激光照射能和氧與金屬化學反應產生的熱能(néng)。據估計,切割鋼時,氧化反應放出的熱量要占到切割所需全部能量的60%左右。
很明(míng)顯,與惰性氣體比較,使用氧作輔助氣體可獲(huò)得較高的切割速度。
(4)在擁有兩(liǎng)個熱源的氧化熔化切割過程中,如果氧的燃(rán)燒速度高(gāo)於激光束(shù)的移動速度,割縫顯得寬(kuān)而粗糙。如果激光束移動的速(sù)度比氧的燃燒(shāo)速度快,則所得切縫狹而光滑。
4、控製斷裂切割。
對於容易受熱破壞的脆性材料,通過激光束加熱進行高速、可(kě)控(kòng)的切斷,稱為控製斷裂切割。這種(zhǒng)切割過程主要內容是:激光束加熱脆性材料(liào)小塊區域,引起該區域大的熱梯度和(hé)嚴重的機(jī)械變形,導致材料形成裂縫。隻要保持均衡的加熱梯(tī)度,激光束可引導裂縫(féng)在任(rèn)何需要的方向產生。
要注(zhù)意的是,這種控製(zhì)斷(duàn)裂切割不適合切(qiē)割銳角和角邊切縫。切割特大封(fēng)閉外形也不容易獲得成功。控(kòng)製斷(duàn)裂(liè)切割速度快,不需要太高的功率,否則會引起工件表麵熔(róng)化,破壞切縫邊緣。其(qí)主要控製參數是(shì)激光功率和光斑尺寸大小。
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