激光切割技術(培訓)

1、 激光切割技術激光切割技術 激光切割的原理及特點激光切割的影響因素光纖切割的原理及特點1、激光切割技術的原理、激光切割技術的原理 激光切割的原理是將激光束聚焦成很小光點，使焦點處達到很高的功率密度。這時光束輸入（由光能轉換）的熱量遠遠超過被材料反射、傳導或擴散部分，材料很快加熱至汽化溫度，蒸發(fā)形成孔洞。隨著光束與材料相對線性移動，使孔洞連續(xù)形成寬度很窄的切縫。 激光切割的特點激光切割的特點 激光切割的特點是：切縫窄、變形小、精度高、切縫窄、變形小、精度高、速度快、效率高速度快、效率高 首先激光光能轉換成驚人的熱能保持在極小的區(qū)域內，所以激光切割可提供：狹的直邊割縫；最小的鄰近切邊的熱影響區(qū)；極

2、小的局部變形 其次，激光束對工件不旋加任何力，它是無接觸切割工具，這就意味著工件無機械變形；無刀具磨損，也談不上刀具的替換問題；切割材料無需考慮它的硬度，也即激光切割能力不受被切材料硬度影響，任何硬度的材料都可切割。激光切割的特點激光切割的特點 再次，激光束可控性強，并有高的適應性和柔性，因而：與自動化裝備相結合很方便，容易實現(xiàn)切割過程自動化；由于不存在對切割工件的限制，激光束具有無限的仿形切割能力。 大多數有機與無機材料都可以用激光切割。在工業(yè)制造系統(tǒng)占有分量很重的金屬加工業(yè)，許多金屬材料，不管它具有什么樣的硬度，都可進行無變形切割。數控激光切割系統(tǒng)能方便切割不同形狀與尺寸的工件，它往往比沖

3、切、模壓工藝更被優(yōu)先選用；它沒有械具消耗，無需修理模具，節(jié)約更換械具時間，從而節(jié)省加工費用，降低產品成本。2影響切割的因素影響切割的因素切割工藝與下述因素關系緊密：激光模式激光功率光路的穩(wěn)定性焦點位置噴嘴高度噴嘴直徑輔助氣體輔助氣體純度輔助氣體流量輔助氣體壓力切割速度板材材質板材表面質量與切割相關的各工藝參數如下圖所示：與切割相關的各工藝參數如下圖所示：輔助氣體壓力割嘴直徑透鏡焦距材料表面割嘴相對板面距離光束直徑焦點割縫寬切割氣體類型一一 激光模式激光模式 激光器的模式對切割影響很大，切割時要求到達鋼板表面的模式較好。這與激光器本身的模式和外光路鏡片的質量有直接的關系。二二 焦點位置焦點位置焦

4、點位置是一個關鍵參數，應正確調節(jié)焦點位置。焦點位置焦點位置 示意圖示意圖 特征特征 零焦距零焦距焦點在工件表面 適用于5毫米以下薄碳鋼等。（切斷面） 焦點在工件上表面，所以，切割光滑，下表面則不光滑。 負焦距負焦距 焦點在工件表面下 鋁材、不銹鋼等工件采用這種方式。（切斷面）焦點在中央，因此平滑面范圍較大，切幅比零焦距的切幅寬，切割氣體流量較大，穿孔時間較零焦距為長。切幅噴嘴噴嘴切幅焦點位置與切割面的關系焦點位置與切割面的關系正焦距正焦距焦點在工件表面上 切割厚鋼板時采用。厚鋼板切斷時，切斷用氧氣的氧化作用必須從上面到底面。因厚板之故切幅要寬，這樣的設定可得較寬的切幅。切斷面和瓦斯切斷類似，可

5、以說是用氧氣吹斷，因此斷面較粗糙。 噴嘴切幅焦點位置焦點位置焦點位置對切割斷面焦點位置對切割斷面的影響的影響表面1.5mm上 表面0.5mm上 表面2.5mm上 三三 噴嘴噴嘴噴嘴形狀、噴嘴孔徑、噴嘴高度（噴嘴出口與工件表面之間的距離）等，均會影響切割的效果。噴嘴的作用噴嘴的作用防止熔漬等雜物往上反彈，穿過噴嘴，污染聚焦鏡片?？刂茪怏w擴散面積及大小，從而控制切割質量。 圖 3 沒有噴嘴時，氣體噴出的情況圖 4 有噴嘴時，氣體噴出的情況噴嘴與切割品質的關系噴嘴與切割品質的關系 噴嘴出口孔中心與激光束的同軸度是影響切割質量優(yōu)劣的重要因素之一，工件越厚，影響越大。 當噴嘴發(fā)生變形或有熔漬時，將直接影

6、響同軸度。 故噴嘴應小心保存，避免碰傷以免造成變形。噴嘴形狀和尺寸的制造精度高，安裝時應注意方法正確。 如果由于噴嘴的狀況不良，從而需要要改變切割時的各項條件，那就不如更換新的噴嘴。 如果噴嘴與激光不同軸，將對切割質量產生如下影響。 對切割斷面的影響 如圖所示，當輔助氣體從噴嘴吹出時，氣量不均勻，出現(xiàn)一邊有熔漬，另一邊沒有的現(xiàn)象。對切割3mm以下薄板時，它的影響較小，切割3mm以上時，影響較嚴重，有時無法切透。噴嘴與切割品質的關系噴嘴與切割品質的關系對尖角的影響工件有尖角或角度較小時，容易產生過熔現(xiàn)象，厚板則可能無法切割。對穿孔的影響穿孔不穩(wěn)定，時間不易控制，對厚板會造成過熔，且穿透條件不易掌

7、握。對薄板影響較小。圖 5 同軸度對切割斷面的影響噴嘴右邊吹氣量小激光左邊吹氣量小噴嘴孔與激光束同軸度的調整噴嘴孔與激光束同軸度的調整噴嘴孔與激光束的同軸度的調整步驟如下：在噴嘴的出口端面涂抹印泥（一般以紅色為好），將不干膠帶貼在噴嘴出口端面上。圖 6 調整同軸步驟1用1020瓦的功率，手動打孔。白色不干膠帶噴嘴噴嘴取下不干膠紙，注意保持其方向，以便與噴嘴相比照。正常情況下，不干膠紙上會留下一個黑點，是被激光燒損的。但如果噴嘴中心偏離激光束中心過大時，將無法看到這個黑點（激光束射到了噴嘴的壁上）。圖 7 噴嘴偏離太大如果打出的中心點時大時小，請注意條件是否一致，聚焦鏡是否松動。圖 8 聚焦鏡松

8、動注意觀察黑點偏離噴嘴中心的方向，調整噴嘴位置圖 9 調整噴嘴位置，與激光束同軸正確調整螺釘噴嘴孔徑噴嘴孔徑 孔徑大小對切割質量和穿孔質量有關鍵性的影響。 如果噴嘴孔徑過大，切割時四處飛濺的熔化物，可能穿過噴嘴孔，從而濺污鏡片?？讖皆酱螅瑤茁试礁?，對聚焦鏡保護就越差，鏡片壽命也就越差。 噴嘴孔徑的比較噴嘴孔徑的比較噴嘴孔徑 氣體流速（量） 熔融物去除能力 小 快 大 大 慢 小噴嘴噴嘴 噴嘴噴嘴1、1.5的差異的差異噴嘴直徑 薄板（3mm以下） 厚板（3mm以上）切割功率較高，散熱時間較長，切割時間亦較長 1 切割面較細 氣體擴散面積小，不太穩(wěn)定，基本可用 1.5 切割面會較粗，轉角地方易有溶

9、漬 氣體擴散面積大，氣體流速較慢 ，切割時較穩(wěn)定 噴嘴高度的調整噴嘴高度的調整 噴嘴高度即噴嘴出口與工件表面之間的距離。 圖 10 噴嘴高度四四 切割速度切割速度1速度過快速度過快如果切割速度過快，可能造成以下后果?？赡軣o法切透，火花亂噴。有些區(qū)域可以切透，但有些區(qū)域無法切透。整個斷面較粗，但不產生溶漬。切割斷面呈斜條紋路，且下半部產生溶漬。圖 11 速度過快噴 嘴輔 助 氣 體無 法 即 時 切斷 造 成 斜 角熔 漬切割速度切割速度2速度太慢速度太慢造成過熔，切斷面較粗糙。切縫變寬，尖角部位整個溶化。影響切割效率。3確定適當的切割速度確定適當的切割速度從切割火花判斷進給速度可否增快或減慢從

10、切割火花判斷進給速度可否增快或減慢火花由上往下擴散圖 12切割速度正常圖 12切割速度正常切割速度火花若傾斜時，則說明切割速度太快。圖 13 切割速度過快火花呈現(xiàn)不擴散且少，聚集在一起，則說明速度太慢。圖 14 切割速度過慢進給速度適當進給速度適當如圖，切割面呈現(xiàn)較平穩(wěn)線條，且下半部無熔漬產生。圖 15 切割速度正常五五 切割輔助氣體切割輔助氣體選擇切割輔助氣體的種類和壓力時，宜從以下幾方面考慮：一般使用氧氣切割普通碳鋼，低壓打孔，高壓切割。一般使用空氣切割非金屬，低壓和高壓的壓力可調為一樣，打孔時間設為0。一般使用氮氣切割不銹鋼等，低壓氧氣打孔。氣體純度越高，切割質量越好。切割低碳鋼板純度至

11、少99.6%以上，切割12mm以上碳鋼板建議氧氣純度99.9以上。切割不銹鋼板氮氣純度應達到99.6%以上。氮氣純度越高，切割斷面質量越好。如果切割用氣體純度不好要求，不但影響切割的質量，而且會造成鏡片的污染。熱熱切割輔助氣體切割輔助氣體輔助氣體對切割質量的影響輔助氣體對切割質量的影響1氣體有助于散熱及助燃，吹掉溶漬，改善切割面品質。2氣體壓力不足時，對切割的影響a切割面產生熔漬。b切割速度無法增快，影響效率.氣體壓力過高時，對切割質量的影響3氣流過大時，切割面較粗，且縫較寬。氣流過大時，造成切斷部分熔化，無法形成良好切割質量。切割氣體輔助氣體對穿孔的影響輔助氣體對穿孔的影響（1）氣體壓力過低

12、時，不易穿透，時間增長。（2）氣體壓力太高時，造成穿透點熔化，形成大的熔化點。所以薄板穿孔的壓力較高，厚板則較低。切割有機玻璃時的輔助氣體切割有機玻璃時的輔助氣體有機玻璃屬于易燃物，為了得到透明光亮的切割面，所以選用氮氣或空氣，阻燃。如果選用氧氣，則切割質量不夠好。必須在切割時根據實際情況進行選擇合適的壓力。氣體壓力越小，切割光亮度越高，產生的毛斷面越窄。但氣體壓力過低，造成切割速度慢，板面下出現(xiàn)火苗，影響下表面質量。六六 激光功率激光功率激光功率對切割過程和質量有決定性的影響。功率太小無法切割 圖16 功率太小 功率過大，整個切割面熔化圖 17 功率過大功率不足，切割后產生熔漬圖 18 功率不足功率適當，切割面良好，無熔漬圖 19 功率適當輔 助 氣 體3、光纖激光切割、光纖激光切割 切割的原理都一樣，主要是發(fā)生器不一樣。光纖激光器是把泵浦物質摻入到光纖中，由半導體激光器發(fā)出的特定的波長的激光耦合后。使光纖產生激光。優(yōu)點是模式好，利于切割。光電轉換率高可以達到二氧化碳的兩倍。而且在切割薄板金屬的時候有優(yōu)勢，因為光纖激光器發(fā)出的光是1070納米的波長 所以吸收率更高。 在切割頭處擴束模塊與聚焦鏡之間要加裝保護鏡 這塊鏡片很容易壞 大約一