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激光切割的四種主要工藝原理和特點的比較

2016-6-23 17:18| 發布者: 外協| 查看: 1| 評論: 0

摘要: 二氧化碳激光器切割技術在我國工業生產中得到了非常廣泛的應用,并且在高速切割和厚鋼板的切割技術領域仍具有巨大的發展潛力。激光切割工藝主要包括熔化切割、汽化切割、氧化熔化、和控制斷裂。下面我們就來討論一下 ...

二氧化碳激光器切割技術在我國工業生產中得到了非常廣泛的應用,并且在切割和厚鋼板的切割技術領域仍具有巨大的發展潛力激光切割工藝主要包括熔化切割汽化切割氧化熔化、和控制斷裂。下面我們就來討論一下這四種工藝各自的原理和特點。

 

熔化切割

 

熔化切割是用入射激光束加熱材料,當激光束功率密度超過某一值后,材料被照射部位會開始內部蒸發,從而形成很小的孔洞。這樣的孔洞會進一步吸收激光束的能量,使將其保衛的金屬壁熔化。與此同時,與光束同軸的輔助氣流把孔洞周圍的熔融材料帶走。隨著工件的移動,就可以在金屬表面切割出一條切縫。

 

汽化切割

 

汽化切割需要的激光束功率比熔化切割更高,在這樣的光束照射下,可以使被切割材料未經熔化而直接達到沸點的溫度。這樣,材料就能夠以蒸汽的狀態消失,蒸汽隨身帶走熔化質點和沖刷碎屑,從而形成孔洞汽化過程中,大約40%的材料化作蒸汽消失,而有60%的材料是以熔滴的形式被氣流驅除的,這部分材料將會作為噴出物從切縫底部吹走。在加工過程中,可能會遇到很多不能熔化的材料,比如木材和碳素材料等,都可以通過這種切割工藝來加工。


 

氧化熔化

 

熔化切割是使用氧氣等活性氣體作為輔助氣流。在切割時,使材料表面在激光束的照射下被加熱到燃點溫度,進而與氧氣發生激烈的燃燒反應,并且釋放出大量的熱。這些熱量將對材料加熱,使其內部形成充滿蒸汽的小孔,并且將包圍小孔的金屬壁熔化。

 

金屬在氧氣中的燃燒速度是通過燃燒物質轉移成熔渣來控制的因為氧氣擴散通過熔渣到達點火前沿的快慢將直接決定燃燒速度。氧氣流速越高,燃燒反應就越激烈,同時去除熔渣的速度也越快,就能夠實現更高的切割速度。當然,氧氣流速也并不是越高越好,因為流速過快有可能會導致切縫出口處反應產物即金屬氧化物發生快速冷卻,這對切割質量是非常不利的。

 

這種切割工藝中,金屬的熔化存在兩個熱源,一個是激光照射產生的熱量,另一個是氧與金屬化學反應產生的熱量。據估計,切割鋼材料時,氧化反應放出的熱量要占切割所需全部能量的60%左右。因此,對于氧氣的燃燒速度和激光束的移動速度要經過精密的計算,實現完美配合。如果氧的燃燒速度高于激光束的移動速度,割縫顯得寬而粗糙。如果激光束移動的速度比氧的燃燒速度快,則所得切縫狹而光滑。

 

控制斷裂

 

控制斷裂通過激光束加熱,使材料進行高速、可控的切斷,這種工藝對于容易受熱破壞的脆性材料是非常有效的。具體過程是:用激光束加熱脆性材料小塊區域,引起該區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,激光束引導裂縫在任何需要的方向產生。

 

值得注意的是,這種控制斷裂切割不適合切割銳角和角邊切縫。切割特大封閉外形也不容易獲得成功。控制斷裂切割速度快,不需要太高的功率,否則會引起工件表面熔化,破壞切縫邊緣。其主要控制參數是激光功率和光斑尺寸大小。


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