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激光切割之切割材料
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+ w! L1 z- @3 Q$ V8 _虽然几乎所有的金属材料在室温对红外波能量有很高的反射率，但发射处于远红外波段10.6um光束的CO2激光器还是成功的应用于许多金属的激光切割实践。金属对10.6um激光束的起始吸收率只有0.5%~10%，但是，当具有功率密度超过106w/cm2的聚焦激光束照射到金属表面时，却能在微秒级的时间内很快使表面开始熔化。处于熔融态的大多数金属的吸收率急剧上升，一般可提高60%~80%。从而很迅速的对板材进行加工.
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X5 K# K7 k& L% p. h6 q2 v（1）碳钢。
2 M$ P9 r* J, O% L, g现代激光切割系统可以切割碳钢板的最大厚度可达20MM，利用氧化熔化切割机制切割碳钢的切缝可控制在满意的宽度范围，对薄板其切缝可窄至0.1MM左右。
# e' c% k* l; P6 J2 e) j7 B（2）不锈钢。
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激光切割对利用不锈钢薄板作为主构件的制造业来说是个有效的加工工具。在严格控制激光切割过程中的热输入措施下，可以限制切边热影响区变得很小，从而很有效的保持此类材料的良好耐腐蚀性。
9 P3 m: S; a0 h/ d4 j（3）合金钢。
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大多数合金结构钢和合金工具钢都能用激光切割方法获得良好的切边质量。即使是一些高强度材料，只要工艺参数控制得当，可获得平直、无粘渣切边。不过，对于含钨的高速工具钢和热模钢，激光切割时会有熔蚀和粘渣现象发生。
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（4）铝及合金。
/ Z L6 Y( b0 c( I$ C4 z铝切割属于熔化切割机制，所用辅助气体主要用于从切割区吹走熔融产物，通常可获得较好的切面质量。对某些铝合金来说，要注意预防切缝表面晶间微裂缝产生。
; ^+ g: x* R# U ]（5）铜及合金。
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纯铜（紫铜）由于太高的反射率，基本上不能用CO2激光束切割。黄铜（铜合金）使用较高激光功率，辅助气体采用空气或氧，可以对较薄的板材进行切割。
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（6）钛及合金。
$ C [; Z3 {. [: r0 N+ b纯钛能很好耦合聚焦激光束转化的热能，辅助气体采用氧时化学反应激烈，切割速度较快，但易在切边生成氧化层，不小心还会引起过烧。为稳妥起见，采用空气作为辅助气体比较好，以确保切割质量。
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飞机制造业常用的钛合金激光切割质量较好，虽然切缝底部会有少许粘渣，但很容易清除。
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（7）镍合金。
& ~! i N' ^0 O, N, E( K% H镍基合金也称超级合金，品种很多。其中大多数都可实施氧化熔化切割。
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非金属材料的激光切割
10.6um波长的CO2激光束很容易被非金属材料所吸收﹐导热性不好和低的蒸发温度又使吸收的光束能几乎整个传输入材料内部﹐并在光斑照射处瞬间气化形成起始孔洞﹐进入切割过程的良性循环.
2.1有机材料
2.1.1塑料（聚合物）
激光切割对塑料加工有较大的吸收力﹐因为激光可以对任何复杂形状工件进行无接触的高速切割﹐激光作为一种高功率密度强热源﹐很快蒸发胶合剂﹐破坏材料的聚合链﹐实施切割.
低溶塑料﹔在正确控制工艺下﹐可获无毛刺.气泡的底部切割边切缝光光滑平整.
高强塑料﹔为了破坏其强的连接链﹐需要较强的光束功率密度﹐切割时由此产生燃烧﹐切边形成不同程度的碳化.
聚氯乙烯或聚乙稀﹔注意防止切割过程中产生有害气体﹐防止机器生锈﹐切割断面呈茶色﹐会有纤维丝产生.
2.1.2橡胶
切割时材料无接触﹐切割时无需担心工作的延伸和变形﹐防止切边发粘.
2.1.3木材
激光能有效切割木材.层压板.木屑板.无锯屑﹐辅助气体必须使用惰性的氮气﹐防止材料的燃烧.
2无机材料
1.2. 1石英
热膨胀系数较低的石英材料比较适宜激光切割﹐切边质量好﹐切面光滑.
2.2.2玻璃
对大多数玻璃来说﹐受激光热冲击后产生的裂纹.
2.2.3陶瓷
陶瓷激光切割机制是可控向断裂﹐聚焦光点﹐引超定向加热梯度和高的机械应用力﹐使陶瓷这类几乎没有塑料的材料生成小裂缝﹐裂缝延着光点移动不断生成﹐最后把陶瓷切断﹐采用CO2激光束切勿使用高功率﹐否则将会出现龟裂导致切割失败.
2.2.4石头
不同类型的引石材料中含有水份﹐湿气由于激光束瞬间快速加热引起爆炸导致开裂
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激光切割之热影响与切缝
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激光束聚焦成很小的光点，使焦点处达到很高的功率密度。这时光束输入的热量远远超过被材料反射、传导或扩散的部分，材料很快加热至汽化程度，蒸发形成孔洞。随着光束与材料相对线性移动，使孔洞连续形成宽度很窄的切缝。切边受热影响很小，基本没有工件变形。
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切割过程中还添加与被切材料相适合的辅助气体。钢切割时利用氧作为辅助汽体与熔融金属产生放热化学反应氧化材料，同时帮助吹走割缝内的熔渣。切割聚丙烯一类塑料使用压缩空气，棉、纸等易燃材料切割使用惰性汽体。进入喷嘴的辅助汽体还能冷却聚焦透镜，防止烟尘进入透镜座内污染镜片并导致镜片过热。
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大多数有机与无机材料都可以用激光切割。在工业制造系统占有份量很重的金属加工业，许多金属材料，不管它是什么样的硬度，都可以进行无变形切割。当然，对高反射率材料，如金、银、铜和铝合金，它们也是好的传热导体，因此激光切割很困难，甚至不能切割。(对于此类材料可以在材料表面涂上防反射材料进行切割）
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激光切割无毛刺、皱折、精度高，优于等离子切割。对许多机电制造行业来说，由于微机程序控制的现代激光切割系统能方便切割不同形状与尺寸的工件，它往往比冲切、模压工艺更被优先选用；尽管它加工速度还慢于模冲，但它没有模具消耗，无须修理模具，还节约更换模具时间，从而节省了加工费用，降低了生产成本，所以从总体上考虑是更合算的。
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激光切割的优缺点
# N1 o) z' |$ X' v" F4 b7 Z优点：
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激光束聚焦后形成具有极强能量的很小作用点，把它应用于切割有许多特点。首先，激光光能转换成惊人的热能保持在极小的区域内，可提供（1）狭的直边割缝；（2）最小的邻近切边的热影响区；（3）极小的局部变形。其次，激光束对工件不施加任何力，它是无接触切割工具，这就意味着：（1）工件无机械变形；（2）无刀具磨损，也谈不上刀具的转换问题；（3）切割材料无须考虑它的硬度，也即激光切割能力不受被切材料的硬度影响，任何硬度的材料都可以切割。再次，激光束可控性强，并有高的适应性和柔性，因而（1）与自动化设备相结合很方便，容易实现切割过程自动化；（2）由于不存在对切割工件的限制，激光束具有无限的仿形切割能力；（3）与计算机结合，可整张板排料，节省材料。
0 D& l$ X; k' Z) f, b6 `缺点：
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1：成本较高，必须有辅助气体。2：无法完成成型拉伸。（现在有激光冲压复合机，不过好像太贵）3：速度相对数控冲床低一些。
激光切割与加工工件的材料，精度，复杂程度有直接的关系，如果批量较小，加工复杂，要求精度高，选者激光切割机是明智的。反之车不然。
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用来加工不锈钢是在好不过了？特别是3mm以上的！如果在冲床上？你想听听它的声音吗？如果在冲床上冲３mm 的不锈钢要开的最慢！要不你的模具准备多点？激光切割的优点是声音小速度快，没有毛刺，不变形，不刮花材料的表层
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激光技术之光路传输
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光路，是指光行驶的路径。
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目前主要有混合光路、单臂悬梁飞行光路和龙门式飞路三种。混合光路采用工作台或工件X轴运动，切割头Y轴运动行光，在加工中存在工件运动，容易导致精度误差，且容易划伤板材，但是技术相对简单，造价低，目前国内激光设备生产厂主要提供这种形式的切割机供模切板行业。单臂悬梁飞行光路由于切割头的单点承重，设备刚性不足，一般需要特殊地基，而且在长期运行的稳定性不够。龙门式飞行光路是目前最成熟的技术，它有着速度快、刚性好及精度高等特点。
当然，在一个完整的系统中，还有很多要素需要评估，例如供应商对激光工艺的研究程度，针对各种材料的不同加工要求是否可以提供完整的解决解决工艺;设备的整体性、长期稳定性;抗电磁干扰能力;对环境的要求……都需要我们进行考核。
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激光加工的安全等级
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Class I：低输出激光（功率小于0.4mW），不论何种条件下对眼睛和皮肤，都不会超过MPE值，甚至通过光学系统聚焦后也不会超
过MPE值。可以保证设计上的安全，不必特别管理。典型应用如激光教鞭，CD播放机，CD-ROM设备，地质勘探设备和实验室分析
仪器等。
Class II：低输出的可视激光（功率0.4mW-1mW），人闭合眼睛的反应时间为0.25秒，用这段时间算出的曝光量不可以超过ＭＰＥ
值。通常1ｍＷ以下的激光，会导致晕眩无法思考，用闭合眼睛来保护，不能说完全安全，不要直接在光束内观察，也不要用Class
II激光直接照射别人的眼睛，避免用远望设备观察Class II激光。典型应用如课堂演示，激光教鞭，瞄准设备和测距仪等。
Class III ：中输出激光，光束若直接射入眼睛，会产生伤害，基于某些安全的理由，进一步分为IIIＡ和IIIＢ级。
IIIＡ级为可见光的连续激光，输出为1-5ｍＷ的激光束，光束的能量密度不要超过25Ｗ／ｍ﹣ｍ，避免用远望设备观察IIIＡ激
光，这样可能增大危险。IIIＡ的典型应用和Class II级有很多相同之处，如激光教鞭，激光扫描仪等。
III B 级为5-500mＷ的连续激光，直接在光束内观察有危险。但最小照射距离为13ｃｍ，最大照射时间十秒以下为安全。IIIB
激光的典型应用如光谱测定和娱乐灯光表演等。
ClassIV：高输出连续激光（大于500mW），高过第三级，有火灾的危险，扩散反射也有危险。典型应用如外科手术，研究，切割，焊接和显微机械加工等。
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7 k7 c* \4 G' G2 `: K9 w. G$ F2 i3 b% Y一般的激光设备应当有相应的安全保护措施：
（1）根据激光装置的级别，有关激光的安全或伤害具有充分的知识与认识的人来指导处理.
（2）三级以上的激光制作由有安全操作适当教育的人来执行。
（3）动作中的激光装置，假如不发出激光光，也不要探视光路中。
（4）激光共振器的调整，光轴调低时，会突然发射激光。要经常注意眼睛的位置来处理。
（5）ＣＯ2激光使用眼睛看不到的红外光大型激光时，附近的人要特别注意。
（6）不能避免反射光或乱射光时，在使用三级以上的激光时，可以使用保护眼镜。
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发表于 2007-5-24 15:40:57
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楼主
发表于 2007-5-25 17:04:29