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聊城激光切割的基本原理以及特點
發(fā)布時間：2020-4-15 10:30:05 瀏覽量： 次
相信很多購買了光纖激光切割機的客戶，對于激光切割機的原理并不是很清楚，現(xiàn)在就讓聊城激光切割小編給大家普及一下金屬激光切割機的基本原理。
一、激光切割的原理
激光束聚焦成很小的光斑（其最小直徑可小于0.1mm）,使光斑處達到很高的功率密度，光斑下材料很快被加熱至氣化溫度，蒸發(fā)形成孔洞，追著光速與材料相對移動，使孔洞連續(xù)，形成寬度很窄的切縫。
在激光熔化切割中，工件被局部熔化后借助氣流把熔化的材料噴射出去。因為材料的轉移只發(fā)生在其液態(tài)情況下，所以該過程被稱作激光熔化切割。
激光光束配上高純惰性切割氣體促使熔化的材料離開割縫，而氣體本身不參。于切割。激光熔化切割可以得到比氣化切割更高的切割速度。氣化所需的能量通常高于把材料熔化所需的能量。在激光熔化切割中，激光光束只被部分吸收。最大切割速度隨著激光功率的增加而增加，隨著板材厚度的增加和材料熔化溫度的增加而幾乎反比例地減小。在激光功率一定的情況下，限制因數(shù)就是割縫處的氣壓和材料的熱傳導率。激光熔化切割對于鐵制材料和鈦金屬可以得到無氧化切口。產生熔化但不到氣化的激光功率密度，對于鋼材料來說，在104W/cm2~105W/cm2之間。
2、汽化切割
在激光氣化切割過程中，材料表面溫度升至沸點溫度的速度是如此之快，足以避免熱傳導造成的熔化，于是部分材料汽化成蒸汽消失，部分材料作為噴出物從切縫底部被輔助氣體流吹走。此情況下需要非常高的激光功率。為了防止材料蒸氣冷凝到割縫壁上，材料的厚度一定不要大大超過激光光束的直徑。該加工因而只適合于應用在必須避免有熔化材料排除的情況下。該加工實際上只用于鐵基合金很小的使用領域。
該加工不能用于，像木材和某些陶瓷等，那些沒有熔化狀態(tài)因而不太可能讓材料蒸氣再凝結的材料。另外，這些材料通常要達到更厚的切口。在激光氣化切割中，最優(yōu)光束聚焦取決于材料厚度和光束質量。激光功率和氣化熱對最優(yōu)焦點位置只有一定的影響。在板材厚度一定的情況下，最大切割速度反比于材料的氣化溫度。所需的激光功率密度要大于108W/cm2，并且取決于材料、切割深度和光束焦點位置。在板材厚度一定的情況下，假設有足夠的激光功率，最大切割速度受到氣體射流速度的限制。
3、控制斷裂切割
對于容易受熱破壞的脆性材料，通過激光束加熱進行高速、可控的切斷，稱為控制斷裂切割。這種切割過程主要內容是：激光束加熱脆性材料小塊區(qū)域，引起該區(qū)域大的熱梯度和嚴重的機械變形，導致材料形成裂縫。只要保持均衡的加熱梯度，激光束可引導裂縫在任何需要的方向產生。
4、氧化熔化切割（激光火焰切割）
a.切割質量好。由于激光光斑小，能量密度高，一次激光切割就能獲得較好的切割質量。激光切割的割縫一般在0.1-0.2mm,熱影響區(qū)寬度很小，切縫的幾何形狀好，切縫橫截面呈現(xiàn)較為規(guī)則的矩形。激光切割的切割面無毛刺，表面粗糙度R一般可到達12.5um以上，激光切割甚至作為最后一道加工工序，切割面一般不需要再加工即可直接進行焊接，零部件可直接使用。
b.切割速度快。激光切割的速度比較快。例如采用2KV激光功率，8mm厚的碳鋼切割速度為1.6m/min，2mm厚的不銹鋼切割速度為3.5m/min.猶豫激光切割時，工件熱影響區(qū)小，變形極小，不需要裝夾固定，既可以節(jié)省裝夾夾具，又節(jié)省了裝夾等輔助時間。
c.可切割材料的種類多。于氧-乙烷切割和等離子切割等切割方法比較，激光切割課切割的材料的種類較多，包括金屬，非金屬，金屬基和非金屬基復合材料等。對于不同的材料，由于材料自身的熱物理性能及對激光的吸收率不同，則表現(xiàn)出不同的激光切割適應性。
d.適合大件產品的加工。大件產品的模具制造費用很高，激光加工不需要任何模具，而且激光加工完全避免材料沖剪時形成的塌邊，可以大幅度地降低企業(yè)的生產成本，提高產品的檔次。
e.清潔，安全，無污染。激光切割過程中噪聲低，振動小，無污染，大大改善了操作人員的工作環(huán)境。
f.不易受電磁干擾。與電子束加工不同，激光加工對電磁場干擾不敏感，無需真空環(huán)境。
一、激光切割的原理
激光束聚焦成很小的光斑（其最小直徑可小于0.1mm）,使光斑處達到很高的功率密度，光斑下材料很快被加熱至氣化溫度，蒸發(fā)形成孔洞，追著光速與材料相對移動，使孔洞連續(xù)，形成寬度很窄的切縫。
二、聊城激光切割的方法
在激光熔化切割中，工件被局部熔化后借助氣流把熔化的材料噴射出去。因為材料的轉移只發(fā)生在其液態(tài)情況下，所以該過程被稱作激光熔化切割。
激光光束配上高純惰性切割氣體促使熔化的材料離開割縫，而氣體本身不參。于切割。激光熔化切割可以得到比氣化切割更高的切割速度。氣化所需的能量通常高于把材料熔化所需的能量。在激光熔化切割中，激光光束只被部分吸收。最大切割速度隨著激光功率的增加而增加，隨著板材厚度的增加和材料熔化溫度的增加而幾乎反比例地減小。在激光功率一定的情況下，限制因數(shù)就是割縫處的氣壓和材料的熱傳導率。激光熔化切割對于鐵制材料和鈦金屬可以得到無氧化切口。產生熔化但不到氣化的激光功率密度，對于鋼材料來說，在104W/cm2~105W/cm2之間。
2、汽化切割
在激光氣化切割過程中，材料表面溫度升至沸點溫度的速度是如此之快，足以避免熱傳導造成的熔化，于是部分材料汽化成蒸汽消失，部分材料作為噴出物從切縫底部被輔助氣體流吹走。此情況下需要非常高的激光功率。為了防止材料蒸氣冷凝到割縫壁上，材料的厚度一定不要大大超過激光光束的直徑。該加工因而只適合于應用在必須避免有熔化材料排除的情況下。該加工實際上只用于鐵基合金很小的使用領域。
該加工不能用于，像木材和某些陶瓷等，那些沒有熔化狀態(tài)因而不太可能讓材料蒸氣再凝結的材料。另外，這些材料通常要達到更厚的切口。在激光氣化切割中，最優(yōu)光束聚焦取決于材料厚度和光束質量。激光功率和氣化熱對最優(yōu)焦點位置只有一定的影響。在板材厚度一定的情況下，最大切割速度反比于材料的氣化溫度。所需的激光功率密度要大于108W/cm2，并且取決于材料、切割深度和光束焦點位置。在板材厚度一定的情況下，假設有足夠的激光功率，最大切割速度受到氣體射流速度的限制。
3、控制斷裂切割
對于容易受熱破壞的脆性材料，通過激光束加熱進行高速、可控的切斷，稱為控制斷裂切割。這種切割過程主要內容是：激光束加熱脆性材料小塊區(qū)域，引起該區(qū)域大的熱梯度和嚴重的機械變形，導致材料形成裂縫。只要保持均衡的加熱梯度，激光束可引導裂縫在任何需要的方向產生。
4、氧化熔化切割（激光火焰切割）
熔化切割一般使用惰性氣體，如果代之以氧氣或其它活性氣體，材料在激光束的照射下被點燃，與氧氣發(fā)生激烈的化學反應而產生另一熱源，使材料進-步加熱，稱為氧化熔化切割。由于此效應，對于相同厚度的結構鋼，采用該方法可得到的切割速率比熔化切割要高。另一方面，該方法和熔化切割相比可能切口質量更差。
a.切割質量好。由于激光光斑小，能量密度高，一次激光切割就能獲得較好的切割質量。激光切割的割縫一般在0.1-0.2mm,熱影響區(qū)寬度很小，切縫的幾何形狀好，切縫橫截面呈現(xiàn)較為規(guī)則的矩形。激光切割的切割面無毛刺，表面粗糙度R一般可到達12.5um以上，激光切割甚至作為最后一道加工工序，切割面一般不需要再加工即可直接進行焊接，零部件可直接使用。
b.切割速度快。激光切割的速度比較快。例如采用2KV激光功率，8mm厚的碳鋼切割速度為1.6m/min，2mm厚的不銹鋼切割速度為3.5m/min.猶豫激光切割時，工件熱影響區(qū)小，變形極小，不需要裝夾固定，既可以節(jié)省裝夾夾具，又節(jié)省了裝夾等輔助時間。
c.可切割材料的種類多。于氧-乙烷切割和等離子切割等切割方法比較，激光切割課切割的材料的種類較多，包括金屬，非金屬，金屬基和非金屬基復合材料等。對于不同的材料，由于材料自身的熱物理性能及對激光的吸收率不同，則表現(xiàn)出不同的激光切割適應性。
d.適合大件產品的加工。大件產品的模具制造費用很高，激光加工不需要任何模具，而且激光加工完全避免材料沖剪時形成的塌邊，可以大幅度地降低企業(yè)的生產成本，提高產品的檔次。
e.清潔，安全，無污染。激光切割過程中噪聲低，振動小，無污染，大大改善了操作人員的工作環(huán)境。
f.不易受電磁干擾。與電子束加工不同，激光加工對電磁場干擾不敏感，無需真空環(huán)境。