|
|
| | 激光切割原理、分类及特点 | （1）激光切割的原理 " C2 }' s; J* O M2 Q
激光切割是利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点，同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，从而实现将工件割开。激光切割属于热切割方法之一。激光切割的原理见下图。 8 X" C4 t4 `4 G0 h" n, S
 4 {. M0 f9 u6 U; k% X
（2）激光切割的分类 . n. L, ^& a3 t1 {+ h' b
激光切割可分为激光汽化切割、激光熔化切割、激光氧气切割和激光划片与控制断裂四类。 8 O) O2 [1 h$ N) ~, d4 _4 n
1）激光汽化切割 - i5 b- \0 x- O( U* n2 n
利用高能量密度的激光束加热工件，使温度迅速上升，在非常短的时间内达到材料的沸点，材料开始汽化，形成蒸气。这些蒸气的喷出速度很大，在蒸气喷出的同时，在材料上形成切口。材料的汽化热一般很大，所以激光汽化切割时需要很大的功率和功率密度。 . V' `4 B3 B/ r1 L- Q( n0 u1 t
激光汽化切割多用于极薄金属材料和非金属材料（如纸、布、木材、塑料和橡皮等）的切割。
( ?: J' J1 d r1 o, M2）激光熔化切割
& ?* h- ~' r, |8 j激光熔化切割时，用激光加热使金属材料熔化，然后通过与光束同轴的喷嘴喷吹非氧化性气体（Ar、He、N等），依靠气体的强大压力使液态金属排出，形成切口。激光熔化切割不需要使金属完全汽化，所需能量只有汽化切割的1/10。
+ i2 ?( I+ o) u激光熔化切割主要用于一些不易氧化的材料或活性金属的切割，如不锈钢、钛、铝及其合金等。
6 Z0 I& t) X, R, R1 ?7 p3）激光氧气切割
% S( F1 V, m! Q4 [9 X1 q& J激光氧气切割原理类似于氧乙炔切割。它是用激光作为预热热源，用氧气等活性气体作为切割气体。喷吹出的气体一方面与切割金属作用，发生氧化反应，放出大量的氧化热；另一方面把熔融的氧化物和熔化物从反应区吹出，在金属中形成切口。由于切割过程中的氧化反应产生了大量的热，所以激光氧气切割所需要的能量只是熔化切割的1/2，而切割速度远远大于激光汽化切割和熔化切割。 : A- Y$ P, r0 {' E( W
激光氧气切割主要用于碳钢、钛钢以及热处理钢等易氧化的金属材料。 + K" W/ j3 {4 \1 E' P: P
4）激光划片与控制断裂
. O) t: C- ], m! R+ Q2 _* D3 d% X! r9 C激光划片是利用高能量密度的激光在脆性材料的表面进行扫描，使材料受热蒸发出一条小槽，然后施加一定的压力，脆性材料就会沿小槽处裂开。激光划片用的激光器一般为Q开关激光器和CO2激光器。
; A. @. [$ ^) Z l控制断裂是利用激光刻槽时所产生的陡峭的温度分布，在脆性材料中产生局部热应力，使材料沿小槽断开。
: Q- O1 z* @' c0 R5 [6 }% R, e
3 h# t6 \2 `! k激光切割的特点
2 C' L: b: G: ?* `" @激光切割与其他热切割方法相比较，总的特点是切割速度快、质量高。具体概括为如下几个方面。
D5 G* |1 w- q) k' T0 A5 I6 y⑴ 切割质量好 4 G8 z3 y! f/ ?0 m0 z6 }
由于激光光斑小、能量密度高、切割速度快，因此激光切割能够获得较好的切割质量。 9 Y7 U) d2 P6 d Z$ }8 X0 j
① 激光切割切口细窄，切缝两边平行并且与表面垂直，切割零件的尺寸精度可达±0.05mm。
# p4 x) a6 K# W2 `② 切割表面光洁美观，表面粗糙度只有几十微米，甚至激光切割可以作为最后一道工序，无需机械加工，零部件可直接使用。 - F# N* w z3 ~' V) O
③ 材料经过激光切割后，热影响区宽度很小，切缝附近材料的性能也几乎不受影响，并且工件变形小，切割精度高，切缝的几何形状好，切缝横截面形状呈现较为规则的长方形。激光切割、氧乙炔切割和等离子切割方法的比较见表1，切割材料为6.2mm厚的低碳钢板。 , f2 Z3 L% ^5 p) P6 [
⑵ 切割效率高 a, t' A" [- @9 l4 _
由于激光的传输特性，激光切割机上一般配有多台数控工作台，整个切割过程可以全部实现数控。操作时，只需改变数控程序，就可适用不同形状零件的切割，既可进行二维切割，又可实现三维切割。 3 M3 C/ f( n! e* m8 K
) p- N( @/ T$ x, U2 i) F# \5 S- G% M⑶ 切割速度快 : U% v: O+ i% ~) g- v% v
用功率为1200W的激光切割2mm厚的低碳钢板，切割速度可达600cm/min；切割5mm厚的聚丙烯树脂板，切割速度可达1200cm/min。材料在激光切割时不需要装夹固定，既可节省工装夹具，又节省了上、下料的辅助时间。 4 n. b9 |2 C# f3 a" U2 i+ q- W
⑷ 非接触式切割
4 r5 ^) e' c, c& m激光切割时割炬与工件无接触，不存在工具的磨损。加工不同形状的零件，不需要更换“刀具”，只需改变激光器的输出参数。激光切割过程噪声低，振动小，无污染。
" S( e6 @' a; y' V2 @6 j% Y! _⑸ 切割材料的种类多 ( _5 _/ T# K0 z F
与氧乙炔切割和等离子切割比较，激光切割材料的种类多，包括金属、非金属、金属基和非金属基复合材料、皮革、木材及纤维等。但是对于不同的材料，由于自身的热物理性能及对激光的吸收率不同，表现出不同的激光切割适应性。采用CO2激光器，各种材料的激光切割性能见表2。
/ e! p+ a) n, w$ ]* Z; K! m$ M |
|
|
|
发表于 2009-7-30 10:24:10
