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。
1)激光汽化切割
利用高能量密度的激光束加热工件,使温度迅速上升,在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。
激光汽化切割多用于较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。
2)激光熔化切割
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。
激光熔化切割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。
3)激光氧气切割
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。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。
4)激光划片与控制断裂
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。
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。
激光切割精度的影响因素
激光切割的加工精度是由加工机性能、光束品质、加工现象而决定的整体精度。
关于尺寸变化
即使按照程序进行切割,也有加工产品无法满足精度要求的情况。所以需要根据不同的情况采取对策。
防止在对不锈钢进行穿孔时出现须状物-在切割不锈钢时,孔表面周围会留下飞散须状的金属熔渣,在镜面及条纹表面材料上会出现划伤。而且,须状金属熔渣与静电感应式加工头的喷嘴发生接触时,会出现对焦异常的报警。根据板件的薄厚程度,其相应的处理方法也不同。
高反射材料穿孔时的注意事项-在切割铜、纯铝等高反射材料时,需要在被加工物表面涂抹光束吸收剂。光束吸收剂不仅有提高加工能力的效果,而且从安全的角度上也有反射的作用。加工条件需要降低脉冲频率,提高脉冲峰值的每1个脉冲能量。而且通过气体压力,使熔融金属挤入板件内部,提高加工能力的效果。
激光加工技术已在众多领域得到广泛应用,随着激光加工技术、设备、工艺研究的不断深进,将具有较广阔的应用远景。由于加工过程中输入工件的热量小,所以热影响区和热变形小;加工效率高,易于实现自动化。
激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一,焊接过程属热传导型,即激光辐射加热工件表面,表面热量通过热传导向内部扩散,通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰功率和重复频率等参数,使工件熔化,形成特定的熔池。由于其特的优点,已成功地应用于微、小型零件焊接中。与其它焊接技术比较,激光焊接的主要优点是:激光焊接速度快、深度大、变形小。能在室温或的条件下进行焊接,焊接设备装置简单。
在激光穿孔过程中,贯通之前加工中产生的熔融金属堆积在被加工物表面上孔的周围。从发光后对被加工物表面加热过程,到缓慢加热进行穿孔作用,直至后的贯通是连续进行的。这个方法,如果板件厚度大于9.0mm,则穿孔时间就会急剧增加,但是孔径约为0.5mm,比切口窄,热影响也小。因此,如果增加加工能力,加大输出能量,熔融金属就很难全部从孔径上部排出,出现过度燃烧现象。CW条件是在被加工物表面的略微上方设定焦点位置,加工孔径,迅速加热的方法。虽然出现大量熔融金属,飞散到被加工物表面上,但却大幅度缩短了加工时间。
不锈钢在可以接受切割端面氧化的情况下可使用氧气;使用氮气以得到无氧化刺的边缘,就不需要再作处理了。在板材表面涂层油膜会得到较好的穿孔效果,而不降低加工质量。
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