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激光切割的主要工藝

發(fā)表時(shí)間2020-03-25 閱讀次數(shù):4301

激光切割的主要工藝
汽化切割
在高功率密度激光束的加熱下,材料表面溫度升至沸點(diǎn)溫度的速度是如此之快,足以避免熱傳導(dǎo)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。一些不能熔化的材料,如木材、碳素材料和某些塑料就是通過這種汽化切割方法切割成形的。 

汽化切割過程中,蒸汽隨身帶走熔化質(zhì)點(diǎn)和沖刷碎屑,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(qū)除的。 

熔化切割
當(dāng)入射的激光束功率密度超過某一值后,光束照射點(diǎn)處材料內(nèi)部開始蒸發(fā),形成孔洞。一旦這種小孔形成,它將作為黑體吸收所有的入射光束能量。小孔被熔化金屬壁所包圍,然后,與光束同軸的輔助氣流把孔洞周圍的熔融材料帶走。隨著工件移動(dòng),小孔按切割方向同步橫移形成一條切縫。激光束繼續(xù)沿著這條縫的前沿照射,熔化材料持續(xù)或脈動(dòng)地從縫內(nèi)被吹走。 

氧化熔化切割
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(diǎn)燃,與氧氣發(fā)生激烈的化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生另一熱源,稱為氧化熔化切割。具體描述如下: 

(1)材料表面在激光束的照射下很快被加熱到燃點(diǎn)溫度,隨之與氧氣發(fā)生激烈的燃燒反應(yīng),放出大量熱量。在此熱量作用下,材料內(nèi)部形成充滿蒸汽的小孔,而小孔的周圍為熔融的金屬壁所包圍。 

(2)燃燒物質(zhì)轉(zhuǎn)移成熔渣控制氧和金屬的燃燒速度,同時(shí)氧氣擴(kuò)散通過熔渣到達(dá)點(diǎn)火前沿的快慢也對(duì)燃燒速度有很大的影響。氧氣流速越高,燃燒化學(xué)反應(yīng)和去除熔渣的速度也越快。當(dāng)然,氧氣流速不是越高越好,因?yàn)榱魉龠^快會(huì)導(dǎo)致切縫出口處反應(yīng)產(chǎn)物即金屬氧化物的快速冷卻,這對(duì)切割質(zhì)量也是不利的。 

(3)顯然,氧化熔化切割過程存在著兩個(gè)熱源,即激光照射能和氧與金屬化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的熱能。據(jù)估計(jì),切割鋼時(shí),氧化反應(yīng)放出的熱量要占到切割所需全部能量的60%左右。 

很明顯,與惰性氣體比較,使用氧作輔助氣體可獲得較高的切割速度。 

(4)在擁有兩個(gè)熱源的氧化熔化切割過程中,如果氧的燃燒速度高于激光束的移動(dòng)速度,割縫顯得寬而粗糙。如果激光束移動(dòng)的速度比氧的燃燒速度快,則所得切縫狹而光滑。 

控制斷裂切割
對(duì)于容易受熱破壞的脆性材料,通過激光束加熱進(jìn)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(nèi)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(yán)重的機(jī)械變形,導(dǎo)致材料形成裂縫。只要保持均衡的加熱梯度,激光束可引導(dǎo)裂縫在任何需要的方向產(chǎn)生。 

要注意的是,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(huì)引起工件表面熔化,破壞切縫邊緣。其主要控制參數(shù)是激光功率和光斑尺寸大小。

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