激光切割加工工藝介紹

發布者: 發布時間:2012/5/17 17:08:49 閱讀:次 【字體:

激光切割技術廣泛應用於金屬和非金屬材料的加工中,可大大減少加工時間,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激光切割機為例,整個係統由控製係統、運動係統、光學係統、水冷係統、排煙和吹氣保護係統等組成,采用最先進的數控模式實現多軸聯動及激光不受速度影響的等能量切割,同時支持DXP、PLT、CNC等圖形格式並強化界麵圖形繪製處理能力;采用性能優越的進口伺服電機和傳動導向結構實現在高速狀態下良好的運動精度。
       激光切割是應用激光聚焦後產生的高功率密度能量來實現的。在計算機的控製下,通過脈衝使激光器放電,從而輸出受控的重複高頻率的脈衝激光,形成一定頻率,一定脈寬的光束,該脈衝激光束經過光路傳導及反射並通過聚焦透鏡組聚焦在加工物體的表麵上,形成一個個細微的、高能量密度光斑,焦斑位於待加工麵附近,以瞬間高溫熔化或氣化被加工材料。每一個高能量的激光脈衝瞬間就把物體表麵濺射出一個細小的孔,在計算機控製下,激光加工頭與被加工材料按預先繪好的圖形進行連續相對運動打點,這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:如果吹出的氣體和被切割材料產生熱效反應,則此反應將提供切割所需的附加能源;氣流還有冷卻已切割麵,減少熱影響區和保證聚焦鏡不受汙染的作用)。與傳統的板材加工方法相比,激光切割其具有高的切割質量(切口寬度窄、熱影響區小、切口光潔) 、高的切割速度、高的柔性(可隨意切割任意形狀) 、廣泛的材料適應性等優點。
主要工藝有以下幾種:
1、汽化切割。
        在高功率密度激光束的加熱下,材料表麵溫度升至沸點溫度的速度是如此之快,足以避免熱傳導造成的熔化,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形的。
汽化切割過程中,蒸汽隨身帶走熔化質點和衝刷碎屑,形成孔洞。汽化過程中,大約40%的材料化作蒸汽消失,而有60%的材料是以熔滴的形式被氣流驅除的。
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蒸發,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。小孔被熔化金屬壁所包圍,然後,與光束同軸的輔助氣流把孔洞周圍的熔融材料帶走。隨著工件移動,小孔按切割方向同步橫移形成一條切縫。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,材料在激光束的照射下被點燃,與氧氣發生激烈的化學反應而產生另一熱源,稱為氧化熔化切割。具體描述如下:
(1)材料表麵在激光束的照射下很快被加熱到燃點溫度,隨之與氧氣發生激烈的燃燒反應,放出大量熱量。在此熱量作用下,材料內部形成充滿蒸汽的小孔,而小孔的周圍為熔融的金屬壁所包圍。
(2)燃燒物質轉移成熔渣控製氧和金屬的燃燒速度,同時氧氣擴散通過熔渣到達點火前沿的快慢也對燃燒速度有很大的影響。氧氣流速越高,燃燒化學反應和去除熔渣的速度也越快。當然,氧氣流速不是越高越好,因為流速過快會導致切縫出口處反應產物即金屬氧化物的快速冷卻,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。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。
很明顯,與惰性氣體比較,使用氧作輔助氣體可獲得較高的切割速度。
(4)在擁有兩個熱源的氧化熔化切割過程中,如果氧的燃燒速度高於激光束的移動速度,割縫顯得寬而粗糙。如果激光束移動的速度比氧的燃燒速度快,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、可控的切斷,稱為控製斷裂切割。這種切割過程主要內容是:激光束加熱脆性材料小塊區域,引起該區域大的熱梯度和嚴重的機械變形,導致材料形成裂縫。隻要保持均衡的加熱梯度,激光束可引導裂縫在任何需要的方向產生。
        要注意的是,這種控製斷裂切割不適合切割銳角和角邊切縫。切割特大封閉外形也不容易獲得成功。控製斷裂切割速度快,不需要太高的功率,否則會引起工件表麵熔化,破壞切縫邊緣。其主要控製參數是激光功率和光斑尺寸大小。
 

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