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激光切割的基礎(chǔ)知識 |
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激光切割 當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,切割過程即開始了: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(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(達到激光能量的五倍)輔助激光束進行切割。 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2-20bar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(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。空氣加壓到5-6bar即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(shù)選擇恰當,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。 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、高吸收的材料即可以達到上述效果,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(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。 參數(shù):調(diào)整加工過程 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。 工作模式 連續(xù)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(chǎn)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(dǎo)致粗糙度的增加和毛刺的形成。 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 氧氣和氮氣經(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,氣體純度需達到99.95%。鋼板越厚,采用的氣體氣壓越低。 采用氮氣熔化切割時,氣體純度需要達到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轉(zhuǎn)自行決定加工參數(shù)的設(shè)置?,F(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。 |
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