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激光切割加工基础知识

2020-11-02

早在上世纪70年代,激光就被次用于切割。在现代工业生产中,激光切割更被广泛应用于钣金,塑料、玻璃、陶瓷、半导体以及纺织品、木材和纸质等材料加工。

未来几年里,激光切割在精密加工和微加工平台的应用同样会获得实质的增长。

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融化或者气化。一旦激光束穿透工件,切割过程就开始了:激光束沿着轮廓线挪动,同时将材料融化。通?;嵊靡还膳缟淦鹘廴谖锎忧锌诖底?,在切割片面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?;Х从κ头糯罅康哪芰浚ù锏郊す饽芰康奈灞叮└ㄖす馐星懈?。

融化切割

融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,这意味着它们反面切口中的融化金属发生反应,仅仅将它们向底部吹走。同时,惰性气体可以?;で懈畋咴挡槐豢掌趸?。

压缩空气切割

压缩空气同样可以用来切割薄板??掌友沟?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融化切割。

等离子体辅助切割

如果参数选定恰当,等离子体辅助融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,材料会更快融化,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。

激光切割加工

等离子体云事实上比较于固体激光是透明的,因此等离子体辅助融化切割只能使用 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、泡沫等不融化的材料。

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,没偶然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,没有融化和毛刺形成。

参数:调整加工过程

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。典范的偏振度一般在 90% 左右。这对于高质量的切割曾经足够了。

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。


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