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激光切割技术
第一篇:激光切割技术
激光切割技术
1.激光切割技术基本概念
激光切割是利用高能量密度的激光束作为“切割工具”对材料进
行热切割的一种材料加工方式,是激光加工行业中最重要的一项应用
技术。1971年用CO2激光切割包装用夹板,首次开辟了激光切割在
工业领域中的应用。随着激光切割设备的不断更新和切割工艺的日益
先进,激光切割技术可实现各种金属,非金属板材及众多复杂零件的
切割,在汽车工业,航空航天,国防等领域获得了广泛应用。
2.激光切割技术基本原理和分类
2.1激光切割技术基本原理
在激光束能量作用下,材料表面被迅速加热到几千至上万度而熔
化或气化,随着气化物逸出和熔融物体被辅助高压气体吹走,达到切
割材料的目的。脉冲激光适用于金属材料,连续激光适用于非金属材
料。
2.2激光切割技术的分类
激光切割可分为:激光气化切割,激光熔化切割,激光氧化切割
和激光划片与控制断裂四类。
(1)激光气化切割: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,材料开始气化,形成
蒸气。这蒸气的喷出速度很,在蒸气喷出的同时,在材料上形成
切口。材料的气化热很,所以激光气化切割时需要很的功率和功
率密度。激光气化切割多用于极薄金属材料和非金属材料的切割。
(2)激光熔化切割:激光加热使金属材料熔化,然后通过与光束
同轴的喷嘴吹非氧化性气体,依靠气体的强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气化,所需能量只有气化
切割的1/10。激光熔化切割主要用于一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)激光氧化切割:原理类似于氧-炔切割。是用激光作为预
热热源,用氧气等活性气体作为切割气体。喷吹出的气体与切割金属
发生作用,发生氧化反应,放出量的氧化热;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
氧化反应产生了量的热,所以激光氧化切割所需要的能量只是熔化
切割的1/2,而切割速度远远于激光气化切割和熔化切割。激光氧化
切割主要用于碳钢,钛钢以及热处理等易氧化的金属材料。
(4)激光划片与断裂控制:激光划片是利用高能量密度的激光束在
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。断裂控制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。
3.激光切割的工艺特点和应用范围
3.1激光切割工艺特点
(1)切割质量好,精细
由于激光光斑小,激光切割切口细窄,切割表面光洁,热影响区
宽度很小,变形小,切割零件的尺寸精度可达±0.05mm,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。
(2)切割效率高
由于激光的输特性,激光切割机上一般配有数控工作台,整个
切割过程可全部实现数控。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,又可实现三位切割。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
的时间。
(3)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”,只需要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。
(4)切割材料的种类多
激光切割材料包括金属,非金属,金属基和非金属基复合材料,
皮革,木材及纤维等。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。
(5)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。
3.2激光切割的应用
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