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聊城激光切割的基本原理以及特点
发布时间:2020-4-15 10:30:05 浏览量: 次
相信很多购买了光纤激光切割机的客户,对于激光切割机的原理并不是很清楚,现在就让聊城激光切割小编给大家普及一下金属激光切割机的基本原理。
一、激光切割的原理
激光束聚焦成很小的光斑(其最小直径可小于0.1mm),使光斑处达到很高的功率密度,光斑下材料很快被加热至气化温度,蒸发形成孔洞,追着光速与材料相对移动,使孔洞连续,形成宽度很窄的切缝。
在激光熔化切割中,工件被局部熔化后借助气流把熔化的材料喷射出去。因为材料的转移只发生在其液态情况下,所以该过程被称作激光熔化切割。
激光光束配上高纯惰性切割气体促使熔化的材料离开割缝,而气体本身不参。于切割。激光熔化切割可以得到比气化切割更高的切割速度。气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。最大切割速度随着激光功率的增加而增加,随着板材厚度的增加和材料熔化温度的增加而几乎反比例地减小。在激光功率一定的情况下,限制因数就是割缝处的气压和材料的热传导率。激光熔化切割对于铁制材料和钛金属可以得到无氧化切口。产生熔化但不到气化的激光功率密度,对于钢材料来说,在104W/cm2~105W/cm2之间。
2、汽化切割
在激光气化切割过程中,材料表面温度升至沸点温度的速度是如此之快,足以避免热传导造成的熔化,于是部分材料汽化成蒸汽消失,部分材料作为喷出物从切缝底部被辅助气体流吹走。此情况下需要非常高的激光功率。为了防止材料蒸气冷凝到割缝壁上,材料的厚度一定不要大大超过激光光束的直径。该加工因而只适合于应用在必须避免有熔化材料排除的情况下。该加工实际上只用于铁基合金很小的使用领域。
该加工不能用于,像木材和某些陶瓷等,那些没有熔化状态因而不太可能让材料蒸气再凝结的材料。另外,这些材料通常要达到更厚的切口。在激光气化切割中,最优光束聚焦取决于材料厚度和光束质量。激光功率和气化热对最优焦点位置只有一定的影响。在板材厚度一定的情况下,最大切割速度反比于材料的气化温度。所需的激光功率密度要大于108W/cm2,并且取决于材料、切割深度和光束焦点位置。在板材厚度一定的情况下,假设有足够的激光功率,最大切割速度受到气体射流速度的限制。
3、控制断裂切割
对于容易受热破坏的脆性材料,通过激光束加热进行高速、可控的切断,称为控制断裂切割。这种切割过程主要内容是:激光束加热脆性材料小块区域,引起该区域大的热梯度和严重的机械变形,导致材料形成裂缝。只要保持均衡的加热梯度,激光束可引导裂缝在任何需要的方向产生。
4、氧化熔化切割(激光火焰切割)
a.切割质量好。由于激光光斑小,能量密度高,一次激光切割就能获得较好的切割质量。激光切割的割缝一般在0.1-0.2mm,热影响区宽度很小,切缝的几何形状好,切缝横截面呈现较为规则的矩形。激光切割的切割面无毛刺,表面粗糙度R一般可到达12.5um以上,激光切割甚至作为最后一道加工工序,切割面一般不需要再加工即可直接进行焊接,零部件可直接使用。
b.切割速度快。激光切割的速度比较快。例如采用2KV激光功率,8mm厚的碳钢切割速度为1.6m/min,2mm厚的不锈钢切割速度为3.5m/min.犹豫激光切割时,工件热影响区小,变形极小,不需要装夹固定,既可以节省装夹夹具,又节省了装夹等辅助时间。
c.可切割材料的种类多。于氧-乙烷切割和等离子切割等切割方法比较,激光切割课切割的材料的种类较多,包括金属,非金属,金属基和非金属基复合材料等。对于不同的材料,由于材料自身的热物理性能及对激光的吸收率不同,则表现出不同的激光切割适应性。
d.适合大件产品的加工。大件产品的模具制造费用很高,激光加工不需要任何模具,而且激光加工完全避免材料冲剪时形成的塌边,可以大幅度地降低企业的生产成本,提高产品的档次。
e.清洁,安全,无污染。激光切割过程中噪声低,振动小,无污染,大大改善了操作人员的工作环境。
f.不易受电磁干扰。与电子束加工不同,激光加工对电磁场干扰不敏感,无需真空环境。
一、激光切割的原理
激光束聚焦成很小的光斑(其最小直径可小于0.1mm),使光斑处达到很高的功率密度,光斑下材料很快被加热至气化温度,蒸发形成孔洞,追着光速与材料相对移动,使孔洞连续,形成宽度很窄的切缝。
二、聊城激光切割的方法
1、熔化切割
在激光熔化切割中,工件被局部熔化后借助气流把熔化的材料喷射出去。因为材料的转移只发生在其液态情况下,所以该过程被称作激光熔化切割。
激光光束配上高纯惰性切割气体促使熔化的材料离开割缝,而气体本身不参。于切割。激光熔化切割可以得到比气化切割更高的切割速度。气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。最大切割速度随着激光功率的增加而增加,随着板材厚度的增加和材料熔化温度的增加而几乎反比例地减小。在激光功率一定的情况下,限制因数就是割缝处的气压和材料的热传导率。激光熔化切割对于铁制材料和钛金属可以得到无氧化切口。产生熔化但不到气化的激光功率密度,对于钢材料来说,在104W/cm2~105W/cm2之间。
2、汽化切割
在激光气化切割过程中,材料表面温度升至沸点温度的速度是如此之快,足以避免热传导造成的熔化,于是部分材料汽化成蒸汽消失,部分材料作为喷出物从切缝底部被辅助气体流吹走。此情况下需要非常高的激光功率。为了防止材料蒸气冷凝到割缝壁上,材料的厚度一定不要大大超过激光光束的直径。该加工因而只适合于应用在必须避免有熔化材料排除的情况下。该加工实际上只用于铁基合金很小的使用领域。
该加工不能用于,像木材和某些陶瓷等,那些没有熔化状态因而不太可能让材料蒸气再凝结的材料。另外,这些材料通常要达到更厚的切口。在激光气化切割中,最优光束聚焦取决于材料厚度和光束质量。激光功率和气化热对最优焦点位置只有一定的影响。在板材厚度一定的情况下,最大切割速度反比于材料的气化温度。所需的激光功率密度要大于108W/cm2,并且取决于材料、切割深度和光束焦点位置。在板材厚度一定的情况下,假设有足够的激光功率,最大切割速度受到气体射流速度的限制。
3、控制断裂切割
对于容易受热破坏的脆性材料,通过激光束加热进行高速、可控的切断,称为控制断裂切割。这种切割过程主要内容是:激光束加热脆性材料小块区域,引起该区域大的热梯度和严重的机械变形,导致材料形成裂缝。只要保持均衡的加热梯度,激光束可引导裂缝在任何需要的方向产生。
4、氧化熔化切割(激光火焰切割)
熔化切割一般使用惰性气体,如果代之以氧气或其它活性气体,材料在激光束的照射下被点燃,与氧气发生激烈的化学反应而产生另一热源,使材料进-步加热,称为氧化熔化切割。由于此效应,对于相同厚度的结构钢,采用该方法可得到的切割速率比熔化切割要高。另一方面,该方法和熔化切割相比可能切口质量更差。
三、激光切割的特点
a.切割质量好。由于激光光斑小,能量密度高,一次激光切割就能获得较好的切割质量。激光切割的割缝一般在0.1-0.2mm,热影响区宽度很小,切缝的几何形状好,切缝横截面呈现较为规则的矩形。激光切割的切割面无毛刺,表面粗糙度R一般可到达12.5um以上,激光切割甚至作为最后一道加工工序,切割面一般不需要再加工即可直接进行焊接,零部件可直接使用。
b.切割速度快。激光切割的速度比较快。例如采用2KV激光功率,8mm厚的碳钢切割速度为1.6m/min,2mm厚的不锈钢切割速度为3.5m/min.犹豫激光切割时,工件热影响区小,变形极小,不需要装夹固定,既可以节省装夹夹具,又节省了装夹等辅助时间。
c.可切割材料的种类多。于氧-乙烷切割和等离子切割等切割方法比较,激光切割课切割的材料的种类较多,包括金属,非金属,金属基和非金属基复合材料等。对于不同的材料,由于材料自身的热物理性能及对激光的吸收率不同,则表现出不同的激光切割适应性。
d.适合大件产品的加工。大件产品的模具制造费用很高,激光加工不需要任何模具,而且激光加工完全避免材料冲剪时形成的塌边,可以大幅度地降低企业的生产成本,提高产品的档次。
e.清洁,安全,无污染。激光切割过程中噪声低,振动小,无污染,大大改善了操作人员的工作环境。
f.不易受电磁干扰。与电子束加工不同,激光加工对电磁场干扰不敏感,无需真空环境。