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    详解激光切割四大类型及特点

    2017-9-26 10:53:33

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    激光切割可分为激光汽化切割、激光熔化切割、激光氧气切割和激光划片与控制断裂四类
    1)激光汽化切割
    利用高能量密度的激光束加热工件,使温度迅速上升,在非常短的时间内达到材料的沸点,材料开始汽化,形成蒸气。这些蒸气的喷出速度很大,在蒸气喷出的同时,在材料上形成切口。材料的汽化热一般很大,所以激光汽化切割时需要很大的功率和功率密度。
    激光汽化切割多用于极薄金属材料和非金属材料(如纸、布、木材、塑料和橡皮等)的切割。
    2)激光熔化切割
    激光熔化切割时,用激光加热使金属材料熔化,然后通过与光束同轴的喷嘴喷吹非氧化性气体(Ar、He、N等),依靠气体的强大压力使液态金属排出,形成切口。激光熔化切割不需要使金属完全汽化,所需能量只有汽化切割的1/10。
    激光熔化切割主要用于一些不易氧化的材料或活性金属的切割,如不锈钢、钛、铝及其合金等。
    3)激光氧气切割
    激光氧气切割原理类似于氧乙炔切割。它是用激光作为预热热源,用氧气等活性气体作为切割气体。喷吹出的气体一方面与切割金属作用,发生氧化反应,放出大量的氧化热;另一方面把熔融的氧化物和熔化物从反应区吹出,在金属中形成切口。由于切割过程中的氧化反应产生了大量的热,所以激光氧气切割所需要的能量只是熔化切割的1/2,而切割速度远远大于激光汽化切割和熔化切割。
    激光氧气切割主要用于碳钢、钛钢以及热处理钢等易氧化的金属材料。
    4)激光划片与控制断裂
    激光划片是利用高能量密度的激光在脆性材料的表面进行扫描,使材料受热蒸发出一条小槽,然后施加一定的压力,脆性材料就会沿小槽处裂开。激光划片用的激光器一般为Q开关激光器和CO2激光器。
    控制断裂是利用激光刻槽时所产生的陡峭的温度分布,在脆性材料中产生局部热应力,使材料沿小槽断开。
    特点:
    激光切割与其他热切割方法相比较,总的特点是切割速度快、质量高。具体概括为如下几个方面:
    1)切割质量好
    由于激光光斑小、能量密度高、切割速度快,因此激光切割能够获得较好的切割质量。
    ① 激光切割切口细窄,切缝两边平行并且与表面垂直,切割零件的尺寸精度可达±0.05mm。
    ② 切割表面光洁美观,表面粗糙度只有几十微米,甚至激光切割可以作为最后一道工序,无需机械加工,零部件可直接使用。
    ③ 材料经过激光切割后,热影响区宽度很小,切缝附近材料的性能也几乎不受影响,并且工件变形小,切割精度高,切缝的几何形状好,切缝横截面形状呈现较为规则的长方形。激光切割、氧乙炔切割和等离子切割方法的比较见表1,切割材料为6.2mm厚的低碳钢板。
    2)切割效率高
    由于激光的传输特性,激光切割机上一般配有多台数控工作台,整个切割过程可以全部实现数控。操作时,只需改变数控程序,就可适用不同形状零件的切割,既可进行二维切割,又可实现三维切割。
    3)切割速度快
    用功率为1200W的激光切割2mm厚的低碳钢板,切割速度可达600cm/min;切割5mm厚的聚丙烯树脂板,切割速度可达1200cm/min。材料在激光切割时不需要装夹固定,既可节省工装夹具,又节省了上、下料的辅助时间。
    4)非接触式切割
    激光切割时割炬与工件无接触,不存在工具的磨损。加工不同形状的零件,不需要更换“刀具”,只需改变激光器的输出参数。激光切割过程噪声低,振动小,无污染。
    5)切割材料的种类多
    与氧乙炔切割和等离子切割比较,激光切割材料的种类多,包括金属、非金属、金属基和非金属基复合材料、皮革、木材及纤维等。但是对于不同的材料,由于自身的热物理性能及对激光的吸收率不同,表现出不同的激光切割适应性。
    6)缺点
    激光切割由于受激光器功率和设备体积的限制,激光切割只能切割中、小厚度的板材和管材,而且随着工件厚度的增加,切割速度明显下降。
    激光切割设备费用高,一次性投资大。

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