激光切割技術(shù)廣泛應用于金屬和有色金屬在金屬材料的加工中,可以大大縮短加工時(shí)間,加工成本可以減少,提高工件質(zhì)量?,F代激光已成為人們幻想和追求的“斬鐵如泥”的“利劍”。以縉云激光CO2激光切割機為例,整個(gè)系統由控制系統、運動(dòng)系統、光學(xué)系統、水冷系統、排煙和吹氣保護系統等組成。等能量切割受速度影響,支持DXP、PLT 、CNC等圖形格式同時(shí)增強界面圖形繪圖處理能力;采用性能優(yōu)越的進(jìn)口伺服電機和傳動(dòng)導軌結構,高速運動(dòng)精度高。
激光切割是通過(guò)應用激光聚焦產(chǎn)生的高功率密度能量來(lái)實(shí)現的。在計算機的控制下,激光通過(guò)脈沖放電,從而輸出受控的重復高頻脈沖激光,形成一定頻率、一定脈寬的光束。脈沖激光束通過(guò)光路傳輸和反射,聚焦在被加工物表面,形成微小的、高能量密度的光斑,焦斑位于待加工表面附近,熔化或在瞬間高溫下蒸發(fā)處理過(guò)的材料。每個(gè)高能激光脈沖都會(huì )在物體表面瞬間濺射出一個(gè)小孔。在計算機的控制下,激光加工頭與被加工材料按照預先繪制的圖案進(jìn)行連續的相對運動(dòng)和打點(diǎn),從而將物體加工成所需的形狀。切割時(shí),從切割頭噴出一股與光束同軸的氣流,將熔化或汽化的材料從切口底部吹出(注:如果吹出的氣體與被切割材料發(fā)生熱反應,這種反應將提供切割所需的額外能量;氣流還可以冷卻切割表面,減少熱影響區并保持聚焦鏡不受污染)。與傳統鈑金加工方式相比,激光切割具有切割質(zhì)量高(切口寬度窄、熱影響區小、切口光滑)、切割速度快、靈活性高(任意形狀均可切割)、材料。適應性等
主要流程如下:
1.汽化切割。
在高功率密度激光束的加熱下,材料的表面溫度以足夠快的速度上升到沸點(diǎn)溫度,避免了熱傳導引起的熔化,因此一部分材料汽化成蒸汽消失,而一部分材料從切割中噴出 槽底被輔助氣體的流動(dòng)吹走。一些不能熔化的材料,如木材、碳材料和一些塑料,都是通過(guò)這種蒸汽切割方法切割成型的。
在汽化切割過(guò)程中,蒸汽帶走熔融顆粒并沖刷碎屑,形成孔洞。在汽化過(guò)程中,大約 40% 的材料會(huì )以蒸汽的形式消失,而 60% 的材料會(huì )以液滴的形式被氣流驅走。
2、熔化和切割。
當入射激光束的功率密度超過(guò)一定值時(shí),光束照射點(diǎn)的材料內部開(kāi)始蒸發(fā),形成孔洞。一旦形成這個(gè)針孔,它就會(huì )像一個(gè)黑體一樣吸收所有的入射光束能量。小孔被熔融金屬壁包圍,然后與光束同軸的輔助氣流去除孔周?chē)娜廴诓牧?。隨著(zhù)工件的移動(dòng),小孔沿切削方向同步移動(dòng),形成切縫。激光束沿著(zhù)該狹縫的前緣繼續,熔融材料以連續或脈動(dòng)的方式從狹縫吹走。
3、氧化熔化和切割。
熔斷一般使用惰性氣體。如果用氧氣或其他活性氣體代替,材料會(huì )在激光束的照射下被點(diǎn)燃,與氧氣發(fā)生劇烈的化學(xué)反應會(huì )產(chǎn)生另一種熱源,稱(chēng)為氧化熔化切割。具體描述如下:
(1)材料表面在激光束的照射下迅速加熱到著(zhù)火溫度,然后與氧氣發(fā)生劇烈燃燒反應,放出大量熱量。在這種熱量的作用下,材料內部形成充滿(mǎn)蒸汽的氣孔,氣孔被熔融金屬壁包圍。
(2)將燃燒物轉入爐渣中,控制氧氣和金屬的燃燒速度。同時(shí),氧氣通過(guò)熔渣擴散到點(diǎn)火前沿的速度也對燃燒速度有很大影響。氧氣流速越高,燃燒化學(xué)和熔渣去除越快。當然,氧氣流速也不是越高越好,因為過(guò)快的流速會(huì )導致切口出口處的反應產(chǎn)物即金屬氧化物迅速冷卻,這對切割質(zhì)量也是不利的.
(3)顯然,氧化熔化和切割過(guò)程中有兩個(gè)熱源,即激光照射能量和氧與金屬發(fā)生化學(xué)反應產(chǎn)生的熱能。據估計,在切割鋼材時(shí),氧化反應釋放的熱量約占切割所需總能量的60%。
顯然,與惰性氣體相比,使用氧氣作為輔助氣體可以獲得更高的切割速度。
(4)在兩個(gè)熱源的氧化熔化切割過(guò)程中,如果氧氣的燃燒速度高于激光束的移動(dòng)速度,則切割縫顯得寬而粗糙。如果激光束的移動(dòng)速度快于氧氣的燃燒速度,則產(chǎn)生的狹縫又窄又光滑。
4、控制斷裂切削。
對于易受熱破壞的脆性材料,采用激光束加熱進(jìn)行高速可控切割稱(chēng)為可控斷裂切割。這種切割過(guò)程的主要內容是激光束加熱小面積的脆性材料,使該區域產(chǎn)生較大的熱梯度和劇烈的機械變形,從而導致材料產(chǎn)生裂紋。只要保持均勻的加熱梯度,激光束就可以將裂紋引導到任何所需的方向。
需要注意的是,這種受控斷線(xiàn)切割不適用于切割鋒利和拐角的切割。切割超大封閉型材也不容易實(shí)現。切割速度快控制斷口,不需要太高的功率,否則會(huì )導致工件表面熔化,破壞切縫邊緣。其主要控制參數是激光功率和光斑尺寸。
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