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无锡激光切割的工艺
作者:admin阅读:768

无锡激光切割是用聚焦的高功率密度激光束照射工件,使被照射的材料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点,同时熔化的材料被与光束同轴的高速气流吹走,从而切割工件。激光切割是热切割方法之一。

汽化切割

在高功率密度激光束的加热下,材料表面温度上升到沸点温度的速度如此之快,以至于可以避免因热传导而熔化,于是一部分材料蒸发成蒸汽消失,一部分材料被辅助气流以射流的形式从狭缝底部吹走。一些不可熔化的材料,如木材、碳材料和一些塑料,通过这种汽化切割方法被切割和形成。

在汽化切割过程中,蒸汽带走熔化的颗粒和与之一起被冲走的碎屑,形成孔洞。在汽化过程中,大约40%的物质消失在蒸汽中,而60%的物质以液滴的形式被气流驱走。

熔化切割

当入射激光束的功率密度超过一定值时,激光束照射点的材料内部开始蒸发,形成孔洞。一旦这个小孔形成,它将作为一个黑体吸收所有入射光束能量。小孔被熔融金属壁包围,然后孔周围的熔融材料被与光束同轴的辅助气流带走。随着工件的移动,小孔在切割方向上同步横移,形成狭缝。激光束继续沿着接缝的前边缘照射,熔融材料被连续地或脉动地从接缝吹走。

氧化融化

熔化切割一般用惰性气体。如果用氧气或其他活性气体代替,材料会在激光束的照射下被点燃,与氧气反应产生另一种热源,称为氧化熔化切割。具体描述如下:

(1)材料表面在激光束的照射下迅速加热到燃点温度,然后与氧气反应产生剧烈的燃烧反应,放出大量的热量。在这种热量的作用下,材料中形成充满蒸汽的孔隙,孔隙的外围被熔融金属壁包围。

⑵燃烧物质向炉渣的转移控制着氧气和金属的燃烧速度,氧气通过炉渣扩散到达点火前沿的速度对燃烧速度也有很大影响。氧气流量越高,燃烧化学反应和除渣越快。当然,氧气的流速越高越好,因为过高的流速会导致反应产物,即金属氧化物在狭缝出口处快速冷却,这也不利于切割质量。

⑶显然,氧化熔化切割过程中有两个热源,即激光照射能和氧气与金属发生化学反应产生的热能。据估计,切割钢材时,氧化反应释放的热量约占切割所需总能量的60%。

显然,与惰性气体相比,使用氧气作为辅助气体可以获得更高的切割速度。

⑷在双热源氧化熔化切割过程中,如果氧气的燃烧速度高于激光束的移动速度,则狭缝显得较宽且粗糙。如果激光束的移动速度比氧气的燃烧速度快,狭缝窄而平滑。

控制断裂

对于易受热损伤的脆性材料,采用激光束加热进行高速可控切割,称为可控断裂切割。这种切割工艺的主要内容是激光束加热脆性材料的小区域,在该区域产生较大的热梯度和严重的机械变形,导致材料产生裂纹。只要保持均匀的加热梯度,激光束可以在任何期望的方向上引导裂纹。

需要注意的是,这种可控断裂切割不适合切割锐角和转角切口。切割超大闭合形状不易成功??焖倏刂贫狭亚邢魉俣?,不需要太高的功率,否则会造成工件表面熔化,破坏狭缝边缘。主要控制参数是激光功率和光斑尺寸。

切割程序

1.交点位置检测。激光切割前,需要根据材料调整光束焦点在工件上的位置。由于激光束,尤其是CO2气体激光器,一般肉眼是看不到的,所以可以用楔形丙烯块来检测聚焦位置,然后调整割炬的高度,使聚焦在设定的位置。

2.穿刺操作要点。在20世纪的切割过程中,一些零件是从板的内部切割的,这需要首先在板上打孔。一种方法是用连续激光在薄板上打孔,用正常的辅助气压照射工件0.2~1s,即可切割工件。当工件较厚(如板厚2~4mm)时,会用正常气压打孔,在工件表面形成大尺寸的溶坑。不仅切割质量受到影响,而且熔融材料的飞溅也可能损坏透镜或喷嘴。此时,辅助气体的压力应适当增加,同事应稍微增加喷嘴孔径与工件之间的距离。这种方法的缺点是气体流速增加,切割速度降低。

3.防止工件在尖角处烧伤。连续激光切割锐角零件时,如切削参数匹配或操作不当,容易在锐角的转折处自烧,无法形成拐角处的锐角。这不仅恶化了该零件的质量,还影响了后续的切割。解决这一问题的方法是选择合适的切割参数,脉冲激光切割时尖角不存在烧伤问题。

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