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　　激光切割原理是什么，如何選購激光切割機(jī)，要注意哪些問題?

激光切割的原理：利用經(jīng)聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、燒蝕或達(dá)到燃點(diǎn)，同時(shí)借助與光束同軸的高速氣流吹除熔融物質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)將工件割開。激光切割屬于熱切割方法之一。

激光切割方法可分為：-化切割、激光熔化切割、激光氧氣切割和激光劃片與控制斷裂四類。

-化切割。利用高能量密度的激光束加熱工件，使溫度迅速上升，在非常短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到材料的沸點(diǎn)，材料開始汽化，形成蒸氣。這些蒸氣的噴出速度很大，在蒸氣噴出的同時(shí)，在材料上形成切口。材料的汽化熱一般很大，所以-化切割時(shí)需要很大的功率和功率密度。-化切割多用于極薄金屬材料和非金屬材料（如紙、布、木材、塑料和橡皮等）的切割。 激光熔化切割。激光熔化切割時(shí)，用激光加熱使金屬材料熔化，然后通過與光束同軸的噴嘴噴吹非氧化性氣體（Ar、He、N等），依靠氣體的強(qiáng)大壓力使液態(tài)金屬排出，形成切口。激光熔化切割不需要使金屬完全汽化，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屬的切割，如不銹鋼、鈦、鋁及其合金等。 激光氧氣切割。激光氧氣切割原理類似于氧乙炔切割。它是用激光作為預(yù)熱熱源，用氧氣等活性氣體作為切割氣體。噴吹出的氣體一方面與切割金屬作用，發(fā)生氧化反應(yīng)，放出大量的氧化熱；另一方面把熔融的氧化物和熔化物從反應(yīng)區(qū)吹出，在金屬中形成切口。由于切割過程中的氧化反應(yīng)產(chǎn)生了大量的熱，所以激光氧氣切割所需要的能量只是熔化切割的1/2，而切割速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于-化切割和熔化切割。激光氧氣切割主要用于碳鋼、鈦鋼以及熱處理鋼等易氧化的金屬材料。 激光劃片與控制斷裂。激光劃片是利用高能量密度的激光在脆性材料的表面進(jìn)行掃描，使材料受熱蒸發(fā)出一條小槽，然后施加一定的壓力，脆性材料就會(huì)沿小槽處裂開。激光劃片用的激光器一般為Q開關(guān)激光器和CO2激光器。控制斷裂是利用激光刻槽時(shí)所產(chǎn)生的陡峭的溫度分布，在脆性材料中產(chǎn)生局部熱應(yīng)力，使材料沿小槽斷開。

激光切割的特點(diǎn)：激光切割與其他熱切割方法相比較，特點(diǎn)是切割速度快、質(zhì)量高。

切割質(zhì)量好。由于激光光斑小、能量密度高、切割速度快，因此激光切割能夠獲得較好的切割質(zhì)量。 激光切割切口細(xì)窄，切縫兩邊平行并且與表面垂直，切割零件的尺寸精度可達(dá)±0.05mm。 切割表面光潔美觀，表面粗糙度只有幾十微米，甚至激光切割可以作為最后一道工序，無需機(jī)械加工，零部件可直接使用。 材料經(jīng)過激光切割后，熱影響區(qū)寬度很小，切縫附近材料的性能也幾乎不受影響，并且工件變形小，切割精度高，切縫的幾何形狀好，切縫橫截面形狀呈現(xiàn)較為規(guī)則的長方形。激光切割、氧乙炔切割和等離子切割方法的比較見表1，切割材料為6.2mm厚的低碳鋼板。 切割效率高。由于激光的傳輸特性，激光切割機(jī)上一般配有多臺(tái)數(shù)控工作臺(tái)，整個(gè)切割過程可以全部實(shí)現(xiàn)數(shù)控。操作時(shí)，只需改變數(shù)控程序，就可適用不同形狀零件的切割，既可進(jìn)行二維切割，又可實(shí)現(xiàn)三維切割。 切割速度快。用功率為1200W的激光切割2mm厚的低碳鋼板，切割速度可達(dá)600cm/min；切割 5mm厚的聚丙烯樹脂板，切割速度可達(dá)1200cm/min。材料在激光切割時(shí)不需要裝夾固定，既可節(jié)省工裝夾具，又節(jié)省了上、下料的輔助時(shí)間。 非接觸式切割。激光切割時(shí)割炬與工件無接觸，不存在工具的磨損。加工不同形狀的零件，不需要更換“-”，只需改變激光器的輸出參數(shù)。激光切割過程噪聲低，振動(dòng)小，無污染。 切割材料的種類多。與氧乙炔切割和等離子切割比較，激光切割材料的種類多，包括金屬、非金屬、金屬基和非金屬基復(fù)合材料、皮革、木材及纖維等。但是對(duì)于不同的材料，由于自身的熱物理性能及對(duì)激光的吸收率不同，表現(xiàn)出不同的激光切割適應(yīng)性。采用CO2激光器，各種材料的激光切割性能見表2。

得到“高質(zhì)量”切口的關(guān)鍵因素包括了：切口的寬度（切割處材料的損耗），切口表面的氧化和粗糙程度，以及所容許的尺寸誤差。專家進(jìn)行切割操作的關(guān)鍵因素包括了：切割速度，操作的靈活性，容許公差，以及生產(chǎn)和啟動(dòng)過程的簡便性。

激光功率

事實(shí)上，并不是激光功率越大零件加工速度就越快，還有其他因素會(huì)影響切割速度的提高。激光諧振腔的類型就會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的切割速度和成本效益。激光功率的提高和光束質(zhì)量的改善擴(kuò)大了激光應(yīng)用的范圍。大部分激光系統(tǒng)的功率高于2 KW，而且現(xiàn)在已有功率大于7 kW的系統(tǒng)可供使用。提高功率不一定就帶來切割速度的提高。在熱切割的過程中，功率超過3或者4 KW 時(shí)，可能擴(kuò)大材料的熱影響區(qū)域，從而就對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)要求更高，因此限制了切割速度。

對(duì)于某些材料來說，光束質(zhì)量對(duì)切割速度的影響并不亞于激光功率。CO2激光器根據(jù)諧振腔的不同可以有各種不同的類型：快速軸流激光器，橫流激光器，擴(kuò)散-激光器（或板條激光器）。每種諧振腔類型得到不同的光束質(zhì)量和焦斑直徑，以及不同的激光功率。擴(kuò)散-激光器的光束質(zhì)量可能比較好，但是總功率受到限制。快速軸流和橫流型激光器可以產(chǎn)生功率在6-7 KW的激光，但是光束質(zhì)量在4 kW以上就可能開始下降。

金屬加工的考慮

更高的激光功率主要有助于增加可加工材料的厚度。對(duì)于氧氣作為輔助氣體的碳素鋼切割來說，隨著功率的提高，進(jìn)料速度并沒有實(shí)質(zhì)性的增加。由于熱反應(yīng)過程的存在，功率/進(jìn)料率存在著一個(gè)上限，對(duì)應(yīng)這個(gè)最大值，可以切割一定厚度的材料。作用在材料上功率的提高并不能自動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)椴牧霞庸に俣鹊奶岣摺?

使用高壓氮作為輔助氣體對(duì)厚不銹鋼板進(jìn)行切割可以得到無氧化切口。比如，6.0 kW CO2激光器可以加工厚度達(dá)11/4英寸的不銹鋼。在高壓或者惰性氣體切割過程中，輔助氣體的主要功能是保護(hù)切口邊緣不至于形成氧化，并且將熔融的物質(zhì)很快的吹干凈，從而避免它們粘在邊緣而形成毛邊。

因?yàn)樘岣咔懈罟β蕰?huì)導(dǎo)致成本提高，所以如果能夠帶來更多經(jīng)濟(jì)效益的話，那么提高功率也是可行的。目前，大部分需加工的金屬薄板厚度達(dá)6 mm，使用的是功率為3.5 kW的激光進(jìn)行加工，當(dāng)加工速度需要提高時(shí)，在保證光束質(zhì)量的情況下可以提高激光功率。電動(dòng)轎車配件 吊墜 迅雷看看 無縫鋼管 聊城網(wǎng)站優(yōu)化 激光雕刻機(jī)耳環(huán)吊墜 流體管 純銀耳墜若需要加工更厚的材料， 則可以使用高功率的激光器以更快的速度進(jìn)行切割?？紤]到投資成本和與激光器有關(guān)的運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用增加可能帶來的劣勢，必須準(zhǔn)確估計(jì)速度提高所帶來的優(yōu)勢。在速度提高的情況下，如果沒有增加額外功率的話將很難實(shí)現(xiàn)。

氣體輔助激光切割

需要使用輔助氣體進(jìn)行激光切割是因?yàn)?，聚焦光束在焦點(diǎn)附近所產(chǎn)生了熔融金屬，使用氣體壓力可以從切割區(qū)域把熔融的金屬吹走。這種方法在加工低鋁鋼時(shí)效果最好，當(dāng)加熱溫度高于燃點(diǎn)時(shí)，該加工過程從材料的熱反應(yīng)過程中吸收額外能量。這樣，使用輔助氣體時(shí)，激光功率將更低，稱為激光熔融切割。使用氧氣作為輔助氣體來切割碳素鋼可用來加工厚度達(dá)40 mm的材料。

碳素鋼的二維切割主要使用的是CO2激光器，因?yàn)樗軌虻玫阶罴训某杀拘б?，?duì)1 mm厚的金屬其切割速度為10 m/min，6 mm厚的為 3 m/min，15 mm厚的為1 m/min。

在厚碳鋼板加工中，氧氣的主要作用是輔助鋼板的鍛燒過程。此外，它也有助于清除熔融的材料。通常來說，輔助氣體的壓強(qiáng)和體積都很小。例如，通常6-8 PSI 的氧氣可以加工1 5/8英寸厚的鋼板。氧氣的氣壓太大的話容易帶來燃燒過程的不可控性。一旦燃燒過程開始，只需要很少的氧氣就能維持該過程。然而，熔化的材料必須通過輔助氣體的流動(dòng)來清理。如果使用標(biāo)準(zhǔn)的噴嘴，輔助氣體管道內(nèi)的沖擊波會(huì)導(dǎo)致切口邊緣有條紋和溝槽。而使用環(huán)形流噴嘴可以避免這個(gè)問題。

高壓惰性氣體輔助切割過程

當(dāng)切割高合金鋼和合金鋁時(shí)，通常使用惰性氣體(氮?dú)?，氬?作為輔助切割的氣體，這樣，切割過程就僅取決于激光光束的能量。所以，激光功率會(huì)比使用氧氣作為輔助氣體時(shí)更大。高壓切割過程并不會(huì)對(duì)切口產(chǎn)生氧化的效果，這對(duì)于切割后將進(jìn)行-的情況來說很重要。目前在工業(yè)領(lǐng)域，激光熔融切割被用于厚度達(dá) 25 mm的材料加工。對(duì)于1 mm厚的材料來說，典型的切割速度是，達(dá)8 m/min，對(duì)3 mm厚的材料來說，速度為4.5 m/min，對(duì)于8 mm厚的材料來說，速度為1.5 m/min。

在這些應(yīng)用中，高壓氮作為輔助氣體被用來隔絕切口與外界氧氣的接觸，并且從切口處把熔融的材料快速的吹干凈。切割不銹鋼時(shí)，輔助氣體壓強(qiáng)范圍從300 到400 PSI。更薄的不銹鋼可以使用低壓強(qiáng)氣體，范圍為100-200 PSI。 　　輔助氣體成本

有很多方法可以提供氧氣和氮?dú)?。?shí)際上氧氣和氮?dú)獾膯挝怀杀臼呛茴愃频?。使用氮?dú)鈦碜鳛檩o助氣體時(shí)花費(fèi)更大，因?yàn)榍懈钸^程消耗了更多的氣體，但是，它可以得到“干凈的切口”，而不用二次加工來進(jìn)行修整。通過選擇不同的供氣方式，氣體成本可以得到降低；高壓氣缸的單位成本比其他各種不同的供氣系統(tǒng)要來的貴。而且氣缸供氣還需要租金，使用的氣體存儲(chǔ)體積越大，租金越高。

一些應(yīng)用中，空氣(氧-氮混合氣體)也可以用來作為輔助氣體。壓縮空氣是現(xiàn)有的CO2激光切割設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程的一部分。在傳輸光束的過程中，空氣起到凈化光束的作用，它防止外部污染物進(jìn)入密閉的光路中。用于凈化光束的空氣還可以保證光學(xué)元件的清潔度，從而延長光學(xué)元件的壽命?？諝膺€與氣閥，氣缸，傳動(dòng)裝置相連，可以發(fā)揮氣動(dòng)開關(guān)，光束衰減和裝夾的作用。某些材料可以被切割得更快。在這些實(shí)例中，空氣必須是干凈，干燥且經(jīng)過濾的。對(duì)于空氣輔助切割來說，可切割材料有厚度上的限制。通常是3 mm或者更薄，而且，空氣輔助切割會(huì)稍微在切口表面留下氧化痕跡。雖然比氧氣或氮?dú)庖阋?，但是空氣的供給還是需要用電力來實(shí)現(xiàn)所需的氣體壓強(qiáng)和體積。

不論選擇何種氣體，這方面的成本通常是小于總成本的10%?？諝馐亲畋阋说?，但是使用的范圍很有限，氮?dú)馐亲钯F的，但是可以產(chǎn)生干凈的切口而不需要二次加工。

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