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                鈑金切割加工廠家
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                激光切割的基礎知識,你必須掌握

                2020-03-25 10:42:06

                激光切割的基礎知識,你必須掌握

                早在上世紀 70 年代,激光就被首次用于切割。在現代工業生產中,激光切割更被廣泛應用于鈑金、塑料、玻璃、陶瓷、半導體以及紡織品、木材和紙質等材料加工。

                未來幾年里,激光切割在精密加工和微加工領域的應用同樣會獲得實質的增長。

                激光切割

                當聚焦的激光束照到工件上時,照射區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。

                火焰切割

                火焰切割是切割低碳鋼時采用的一種標準工藝,采用氧氣作為切割氣體。氧氣加壓到高達6bar 后吹進切口。在那里,被加熱的金屬與氧氣發生反應:開始燃燒和氧化?;瘜W反應釋放大量的能量(達到激光能量的五倍)輔助激光束進行切割。

                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準工藝。也可以用于切割其他可熔材料,例如陶瓷。

                采用氮氣或者氬氣作為切割氣,氣壓 2-20 bar 的氣體吹過切口。氬氣和氮氣是惰性氣體,這意味著它們不和切口中的熔化金屬發生反應,僅僅將它們向底部吹走。同時,惰性氣體可以保護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?5-6 bar 就足以吹走切口中的熔融金屬。由于空氣中接近 80% 都是氮氣,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

                如果參數選擇恰當,等離子體輔助熔化切割切口中會出現等離子體云。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 激光的能量并轉化進工件,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。

                激光切割的基礎知識,你必須掌握

                圖2 等離子體輔助切割

                氣化切割

                氣化切割將材料蒸發,盡可能減小了對周圍材料的熱效應影響。采用連續 CO2 激光加工蒸發低熱量、高吸收的材料就可以達到上述效果,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可以應用于其他材料。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,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,沒有熔化和毛刺形成。

                圖3 氣化切割:激光使材料蒸發,燃燒。蒸氣的壓強使熔渣從切口排出

                參數:調整加工過程

                許多參數影響激光切割過程,其中一些取決于激光器和機床的技術性能,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換。典型的偏振度一般在 90% 左右。這對于高質量的切割已經足夠了。

                焦點直徑

                焦點直徑影響切口寬度,可以通過改變聚焦鏡的焦距改變焦點直徑。更小的焦點直徑意味著更窄的切口。

                焦點位置

                焦點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。

                激光切割的基礎知識,你必須掌握

                圖4 焦點位置:工件內部,工件表面和工件上方

                激光功率

                激光功率應和加工類型、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。

                圖5 更高的激光功率可以切割更厚的材料

                工作模式

                連續模式主要用于切割毫米到厘米尺寸的金屬和塑料的標準輪廓。而為了熔化穿孔或者產生精密的輪廓,則采用低頻的脈沖激光。

                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致粗糙度的增加和毛刺的形成。


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