激光切割的基礎(chǔ)知識

激光切割的基礎(chǔ)知識早在上世紀(jì)70年代，激光被用于切割。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，激光切割更被廣泛應(yīng)用于鈑金，塑料、玻璃、陶瓷、半導(dǎo)體以及紡織品、木材和紙質(zhì)等材料加工。未來幾年里，激光切割在精密加工和微加工領(lǐng)域的應(yīng)用同樣會獲得實(shí)質(zhì)的增長。當(dāng)聚焦的激光束照到工件上時，照射區(qū)域會急劇升溫以使材料熔化或者氣化。一旦激光束穿透工件，切割過程就開始了：激光束沿著輪廓線移動，同時將材料熔化。通常會用一股噴射氣流將熔融物從切口吹走，在切割部分和板架間留下一條窄縫，窄縫幾乎與聚焦的激光束等寬?；鹧媲懈罨鹧媲懈钍乔懈畹吞间摃r采用的一種標(biāo)準(zhǔn)工藝，采用氧氣作為切割氣體。氧氣加壓到高達(dá)6bar后吹進(jìn)切口。在那里，被加熱的金屬與氧氣發(fā)生反應(yīng)：開始燃燒和氧化?；瘜W(xué)反應(yīng)釋放大量的能量（達(dá)到激光能量的五倍）輔助激光束進(jìn)行切割。

切割氣體圖1激光束熔化工件，切割氣吹走切口中的熔融材料和熔渣熔化切割熔化切割是切割金屬時使用的另一種標(biāo)準(zhǔn)工藝。也可以用于切割其他可熔材料，例如陶瓷。采用氮?dú)饣蛘邭鍤庾鳛榍懈顨猓瑲鈮?-20bar的氣體吹過切口。氬氣和氮?dú)馐嵌栊詺怏w，這意味著它們不和切口中的熔化金屬發(fā)生反應(yīng)，僅僅將它們向底部吹走。同時，惰性氣體可以保護(hù)切割邊緣不被空氣氧化。壓縮空氣切割壓縮空氣同樣可以用來切割薄板?？諝饧訅旱?-6bar就足以吹走切口中的熔融金屬。由于空氣中接近80%都是氮?dú)?，因此壓縮空氣切割基本上屬于熔化切割。等離子體輔助切割如果參數(shù)選擇恰當(dāng)，等離子體輔助熔化切割切口中會出現(xiàn)等離子體云。等離子體云由電離的金屬蒸氣和電離的切割氣組成。等離子體云吸收CO2激光的能量并轉(zhuǎn)化進(jìn)工件，使更多的能量耦合到工件，材料會更快熔化，從而使切割速度更快。因此，這種切割過程也叫高速等離子體切割。等離子體云事實(shí)上相對于固體激光是透明的，因此等離子體輔助熔化切割只能使用CO2激光。左邊：切口里面的等離子體增加了CO,激光的吸收右邊：切口上面的等離子體阻礙了激光束氣化切割氣化切割將材料蒸發(fā)，盡可能減小了對周圍材料的熱效應(yīng)影響。采用連續(xù)CO2激光加工蒸發(fā)低熱量、高吸收的材料就可以達(dá)到上述效果，例如薄的塑料薄膜以及木材、紙、泡沫等不熔化的材料。超短脈沖激光使這項技術(shù)可以應(yīng)用于其他材料。金屬中的自由電子吸收激光并劇烈升溫。激光脈沖不與熔融的粒子和等離子體反應(yīng)，材料直接升華，沒有時間將能量以熱量的形式傳給周圍材料。皮秒脈沖燒蝕材料時沒有明顯的熱效應(yīng)，沒有熔化和毛刺形成。Py化的村料*煙圖3氣化切割：激光使材料蒸發(fā)，燃燒。蒸氣的壓強(qiáng)使熔渣從切口排出參數(shù)：調(diào)整加工■程許多參數(shù)影響激光切割過程，其中一些取決于激光器和機(jī)床的技術(shù)性能，而另一些是變化的。偏振度偏振度表明多少百分比的激光被轉(zhuǎn)換。典型的偏振度一般在90%左右。這對于高質(zhì)量的切割已經(jīng)足夠了。焦點(diǎn)直徑焦點(diǎn)直徑影響切口寬度，可以通過改變聚焦鏡的焦距改變焦點(diǎn)直徑。更小的焦點(diǎn)直徑意味著更窄的切口。焦點(diǎn)位置焦點(diǎn)位置決定了工件表面上的光束直徑和功率密度以及切口的形狀。激光功率

激光功率應(yīng)和加工類型、材料種類和厚度相匹配。功率必須足夠高以至于工件上的功率密度超出加工閾值。3025201510200040006000■低碳鋼□不銹鋼口鋁合金輸出激光/W3025201510200040006000■低碳鋼□不銹鋼口鋁合金輸出激光/W切割速度激光功率和切割速度必須互相匹配。太快或者太慢的切割速度都會導(dǎo)致粗糙度的增加和毛刺的形成。

EEfsSS圖6EEfsSS噴嘴直徑噴嘴的直徑?jīng)Q定了從噴嘴中噴出的氣體流量和氣流形狀。材料越厚，氣體噴流的直徑也要越大，相應(yīng)地，噴嘴口的直徑也要增大。氣體純度和氣壓氧氣和氮?dú)饨?jīng)常用作切割氣體。氣體的純度和氣壓影響切割效果。采用氧氣火焰切割時，氣體純度需達(dá)到99.95%。鋼板越厚，采用的氣體氣壓越低。采用氮?dú)馊刍懈顣r，氣體純度需要達(dá)到99.995%（理想情況是99.999%），熔化切割厚鋼板時需要更高的氣壓。技術(shù)參數(shù)表在激光切割早期，使用者必須通過試運(yùn)轉(zhuǎn)自行決定加工參數(shù)的設(shè)置。現(xiàn)在，成熟的加工參數(shù)被存儲在切割系統(tǒng)的控制裝置中。對于每一種材料類型和厚度，都有對應(yīng)的數(shù)據(jù)。技術(shù)參數(shù)表使得即使不熟悉這種技術(shù)的人也能順利操作激光切割設(shè)備。有許多判定激光切割邊緣質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)。像毛刺形式、凹陷、紋路等標(biāo)準(zhǔn)可以用肉眼判定；垂直度、粗糙度和切口寬度等則需要采用專用儀器來測量。材料沉積，腐蝕，熱影響區(qū)域和變形也是衡量激光切割質(zhì)量的重要因素。材料沉積銹斑條紋侵蝕垂直度毛刺圖7好的切割，壞的切割。評價切割邊緣質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)廣闊的前景激光切割的持續(xù)成功，是其他大多數(shù)加工難以企及的。這種趨勢今天仍在繼續(xù)。在未來，激光切割的應(yīng)用前景也將越來越廣闊。氣瞄0劉工作原理海光克將童國劇烈血暗J活性氣缽：［疑氣）與嶙生反應(yīng)（杰燒L樣故的降蒂將金煽峪化澈光剌杳1別才料,伸亶氣或君筑氣之類拊清性氣體高氣壓下用于吹擊切門中培化的M0D帽泊昭哦■、高中率哉趣沖那發(fā)戒者礁曉榭斗，熱煬鼠小、不產(chǎn)生ts化協(xié)斗使用毗激光匚。蘊(yùn)光.同體激光匚5?敝光，固侮激光，悟蹈以芨三倍購光踮瑪日沖固腳光、COyJSjt困用于晚杼料主要是劍H主要是童Jffi,也可以是易潺的塹科透明材料「包括品體，坂增，薄金屬拒、半導(dǎo)體一陶瓷材斗.木材，紙板、坊坦品.W4重要的加工?他焦點(diǎn)自桂、玲點(diǎn)位皿、激光功率.摸作覆成.氣壓■.噎潴直徑,切客她度、偏振度玲點(diǎn)直徑、姓點(diǎn)也L蠢先功率、操作璜式、氣壓.噎崩直徑、切&li±度、信振置功率密度、頻率、蒲沖寬度，腺沖醪擂、焦-點(diǎn)直徑、濯洸功率.切割速度焦席形狀和直徑01-0.$rnm0.10.5mm0.01-0.01mm魚要的廟堂許物滋貝！1玦形成程度、箱瀚ftfe.裙糙鼠切割由螺垂百度毛刺形成程底輪廓程氫桂捷度.切到邊爆垂百虔［輜I成區(qū)域、裂強(qiáng).毛刺、表苴粗輯度、切割山螺垂百查.掄廓箱度機(jī)器和軍綁常有透演組*皈射褫的切割頭、牛有激光切醐A器、3D系