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知识中心激光切 激光切割的原理是啥？
2019-06-30 00:03:06
来源：朵拉利品网
1, 激光切割的原理是啥？
激光切割是利用高功率密度的激光束扫描过材料表面，在极短时间内将材料加热到几千至上万摄氏度，使材料熔化或气化，再用高压气体将熔化或气化物质从切缝中吹走，达到切割材料的目的。激光切割，由于是用不可见的光束代替了传统的机械刀，激光刀头的机械部分与工作无接触，在工作中不会对工作表面造成划伤；激光切割速度快，切口光滑平整，一般无需后续加工；切割热影响区小，板材变形小，切缝窄（0.1mm~0.3mm）；切口没有机械应力，无剪切毛刺；加工精度高，重复性好，不损伤材料表面；数控编程，可加工任意的平面图，可以对幅面很大的整板切割，无需开模具，经济省时。激光切割主要是CO2激光切割，CO2激光切割是用聚焦镜将CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化，同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料，并使激光束与材料沿一定轨迹作相对运动，从而形成一定形状的切缝。CO2激光切割技术比其他方法的明显优点是：（1）切割质量好。切口宽度窄（一般为0.1- -0.5mm）、精度高（一般孔中心距误差0.1-0.4mm，轮廓尺寸误差0.1-0.5mm）、切口表面粗糙度好（一般Ra为12.5-25μm），切缝一般不需要再加工即可焊接。（2）切割速度快。例如采用2KW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，热影响区小，变形极小。（3）清洁、安全、无污染。大大改善了操作人员的工作环境。当然就精度和切口表面粗糙度而言，CO2激光切割不可能超过电加工；就切割厚度而言难以达到火焰和等离子切割的水平。CO2激光切割的几项关键技术：一是焦点位置控制技术。聚焦透镜焦深越小，焦点光斑直径就越小，因此控制焦点相对于被切材料表面的位置十分重要。二是切割穿孔技术。任何一种热切割技术，除少数情况可以从板边缘开始外，一般都必须在板上穿一小孔。早先在激光冲压复合机上是用冲头先冲出一孔，然后再用激光从小孔处开始进行切割。三是嘴设计及气流控制技术。激光切割钢材时，氧气和聚焦的激光束是通过喷嘴射到被切材料处，从而形成一个气流束。对气流的基本要求是进入切口的气流量要大，速度要高，以便足够的氧化使切口材料充分进行放热反应；同时又有足够的动量将熔融材料喷射吹出。激光切割工艺多种多样，其中熔化切割是使入射的激光束功率密度超过某一值，从而使光束照射点处材料内部开始蒸发，形成孔洞；汽化切割是使用高功率密度的激光束加热，避免热传导造成的熔化，于是部分材料汽化成蒸汽消失；氧化熔化切割是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；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，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，称之为控制断裂切割。
2, 激光切割的主要特性是什么
第一，激光光能转换成惊人的热能保持在极小的区域内，可提供：（1）狭的直边割缝（2）最小的邻近切边的热影响区（3）极小的局部变形第二，激光束对工件不施加任何力，它是无接触切割工具，这就意味着：（1）工件无机械变形（2）无刀具磨损，也谈不上刀具的转换问题（3）切割材料无须考虑它的硬度，也即激光切割能力不受被切材料的硬度影响，任何硬度的材料都可以切割第三，激光束可控性强，并有高的适应性和柔性，因此：（1）与自动化设备相结合很方便，容易实现切割过程自动化（2）由于不存在对切割工件的限制，激光束具有无限的仿形切割能力（3）与计算机结合，可整张板排料，节省材料大多数有机与无机材料都可以用激光切割。在工业制造系统占有份量很重的金属加工业，许多金属材料，不管它是什么样的硬度，都可以进行无变形切割。 二、激光切割是一种高能量、密度可控性好的无接触加工。
3, 激光切割都有哪些分类？
激光切割技术广泛应用于金属和非金属材料的加工中，可大大减少加工时间，降低加工成本，提高工件质量。激光切割是应用激光聚焦后产生的高功率密度能量来实现的。与传统的板材加工方法相比，激光切割其具有高的切割质量、高的切割速度、高的柔性（可随意切割任意形状）、广泛的材料适应性等优点。(1)激光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，而气体本身不参与切割。——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)激光火焰切割激光火焰切割与激光熔化切割的不同之处在于使用氧气作为切割气体。借助于氧气和加热后的金属之间的相互作用，产生化学反应使材料进一步加热。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。实际上它会生成更宽的割缝、明显的粗糙度、增加的热影响区和更差的边缘质量。——激光火焰切割在加工精密模型和尖角时是不好的（有烧掉尖角的危险）。可以使用脉冲模式的激光来限制热影响。——所用的激光功率决定切割速度。在激光功率一定的情况下，限制因数就是氧气的供应和材料的热传导率。(3)激光气化切割在激光气化切割过程中，材料在割缝处发生气化，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，象木材和某些陶瓷等，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。——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。
4, 激光切割到底有多可怕
激光切割技术具有以下优点：第一，精度高：定位精度0.05mm，重复定位精度0.02mm。第二，切缝窄：激光束聚焦成很小的光点，使焦点处达到很高的功率密度，材料很陕加热至气化程度，蒸发形成孔洞。随着光束与材料相对线性移动，使孔洞连续形成宽度很窄的切缝。切口宽度一般为0.10-0.20ram。第三，切割面光滑：切割面无毛刺，切口表面粗糙度一般控制在Ral2.5;A内。第四，速度快：切割速度可达lOm/min，最大定位速度可达70m/m/n，比线切割的速度快很多。第五，切割质量好：无接触切割，切边受热影响很小，基本没有工件热变形，完全避免材料冲剪时形成的塌边，切缝一般不需要二次加工。第六，不损伤工件：激光切割头不会与材料表面相接触，保证不划伤工件。第七，不受被切材料的硬度影响：激光可以对钢板、不锈钢、铝合金板、硬质合金等进行加工，不管什么样的硬度，都可以进行无变形切割。第八，不受工件外形的影响：激光加工柔性好，可以加工任意图形，可以切割管材及其他异型材。第九，可以对非金属进行切割加工：如塑料、木材、PVC、皮革、纺织品和有机玻璃等。第十，节约模具投资：激光加工不需模具，没有模具消耗，无须修理模具，节约更换模具时间，从而节省了加工费用，降低了生产成本，尤其适合大件产品的加工。十一，节省材料：采用电脑编程，可以把不同外形的产品进行整张板材料套裁，最大限度地提高材料的利用率。十二，缩短了新产品制造周期：新产品试制，数量小，结构不确定、随时会改动‘，根本不能出模具，激光切割机大大缩短了新产品制造周期，减少了模具投入。
5, 激光切割需要哪些气体？
激光切割机可以使用的辅助气体主要有氧气、氮气、空气以及氩气这几种。1、激光切割时会产生很大的热量，如此高的热量集中到一起，就会使切割处的材料燃烧，发生氧化反应，而且还容易使被加工件产生变形。所以，我们就需要加入一些辅助气体，常用的一般有氧气、空气、氮气。2、我们在加工不锈钢时，应该选择氮气。氮气可以防止切口发生氧化反应，这样加工出来的切口就不会有发黑的现象了。在选择氮气的时候要选择高纯度 的。3、如果是加工碳钢板就要选择氧气了，氧气主要起到助燃的作用，可以加快工件的加工速度，当然氧气的纯度也要尽可能的高。4、在一些要求不是很精密的加工中， 我们也可以选择氧气，因为氧气的使用成本低，也具有很大的辅助作用。5、这些辅助气体除了上面的这些功能外，他们还有很多共同的功能。这些气体可以吹走在切割时产生的熔渣并且可以保护镜片，避免熔渣粘到镜片上，延长镜片的使用寿命。空气和氮气还具有降温的作用，可以冷却切割头。
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