激光切割基础知识

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激光切割基础知识
0 T* b# k5 G/ {- M1 a
" T: O( u2 \) f* {* i* A激光切割的主要特性

1 y- G! Q6 L' `& A7 ^+ Z1. 激光切割的切缝窄，工件变形小
& Y  m+ K5 |, |9 J5 ^激光束聚焦成很小的光点，使焦点处达到很高的功率密度。这时光束输入的热量远远超过被材料反射、传导或扩散的部分，材料很快加热至汽化程度，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。切边受热影响很小，基本没有工件变形。 切割过程中还添加与被切材料相适合的辅助汽体。钢切割时利用氧作为辅助汽体与熔融金属产生放热化学反应氧化材料，同时帮助吹走割缝内的熔渣。切割聚丙烯一类塑料使用压缩空气，棉、纸等易燃材料切割使用惰性汽体。进入喷嘴的辅助汽体还能冷却聚焦透镜，防止烟尘进入透镜座内污染镜片并导致镜片过热。 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。当然，对高反射率材料，如金、银、铜和铝合金，它们也是好的传热导体，因此激光切割很困难，甚至不能切割。 激光切割无毛刺、皱折、精度高，优于等离子切割。对许多机电制造行业来说，由于微机程序控制的现代激光切割系统能方便切割不同形状与尺寸的工件，它往往比冲切、模压工艺更被优先选用；尽管它加工速度还慢于模冲，但它没有模具消耗，无须修理模具，还节约更换模具时间，从而节省了加工费用，降低了生产成本，所以从总体上考虑是更合算的。

2. 激光切割是一种高能量、密度可控性好的无接触加工
& O5 K0 L  T* O& R6 X" c3 Z激光束聚焦后形成具有极强能量的很小作用点，把它应用于切割有许多特点。首先，激光光能转换成惊人的热能保持在极小的区域内，可提供
2 ?- W" d, D! u3 d（1）狭的直边割缝；
0 G" Q7 B9 S2 H/ y* Z* S（2）最小的邻近切边的热影响区；
  t) _8 `% P+ s3 j$ v9 C6 |（3）极小的局部变形。
其次，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
( w5 A: q( m/ P（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；
8 n  m' W( K' `* S, r1 `（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。
( o: h" g4 M4 s2 |- W5 e再次，激光束可控性强，并有高的适应性和柔性，因而
（1）与自动化设备相结合很方便，容易实现切割过程自动化；
' s" U! f0 N9 `（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。
' J$ r& q* `$ q
3. 激光切割具有广泛的适应性和灵活性
4 E) Q8 K6 w. k与其它常规加工方法相比，激光切割具有更大的适应性。 首先，与其他热切割方法相比，同样作为热切割过程，别的方法不能象激光束那样作用于一个极小的区域，结果导致切口宽、热影响区大和明显的工件变形。激光能切割非金属，而其它热切割方法则不能。
/ H  P' a9 G( O( F. ?6 i+ M常见的切割工艺有水切割、电火花加工、气燃体切割、等离子切割、模冲切割、锯切、线切割、激光切割等。常用切割工艺的比较：
9 n- c! y9 I1 o1 ?
- T- `: r  d6 j7 l9 V切割工艺 切缝 变形 精度 图形变更 速　度 费用
激光切割 很小 很小 高 很容易 较高 较低
气燃体切割 很大 严重 低 较容易 低 较低
等离子切割 较大 较大 低 较容易 较高 较低
模冲 较小 较大 低 难 高 低（量大）
1 W& G8 Z7 X) t4 H2 W' }4 e锯切 较大 较小 低 难 很慢 较低

' Z! |! D' U* C线切割 较小 很小 高 容易 很慢 较高
水切割 较大 小 高 容易 较高 很高
* _7 t, ?) @# K电火花加工 很小 很小 高 容易 很慢 很高
/ z' P0 j2 k( {' C$ ^
激光切割工艺有分为：
1. 汽化切割
在高功率密度激光束的加热下，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。
2. 熔化切割
. [9 P* e1 P- a" z, m% n当入射的激光束功率密度超过某一值后，光束照射点处材料内部开妈蒸发，形成孔洞。一旦这种小孔形成，它将作为黑体吸收所有的入射光束能量。小孔被熔化金属壁所包围，然后，与光束同轴的辅助气流把孔洞周围的熔融材料带走。随着工件移动，小孔按切割方向同步横移形成一条切缝。激光束继续沿着这条缝的前沿照射，熔化材料持续或脉动地从缝内被吹走。
3. 氧化熔化切割
$ w" m$ O) @6 H, I# d6 c- ?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，称为氧化熔化切割。
4. 控制断裂切割
9 K1 K7 [- Y5 p$ o4 |6 q6 x( ?6 F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。
激光切割的精度
( E2 J! r9 i# X1 o激光切割的精度由多方面因素组成：
" A* @5 O9 X( u8 x4 S" c. E" [1、激光束通过聚焦后的光斑的大小
8 p" k" |9 j& D2 w3 |- ^激光束聚集后的光斑越小，切割精度越高，特别是切缝较小，最小的光斑可达0.01mm。
2、工作台的走位精度决定着切割的重复精度
工作台精度越高，切割的精度越高。
3、工件厚度越大，精度越低，切缝越大。
由于激光光束为锥形，切缝也是锥形，厚度0.3MM的不锈钢比2MM的切缝小的多。
4、工件材质对激光切割精度有一定影响。
同样情况下，不锈钢要比铝的切割精度高，切面光滑一些。
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激光切割机的切割质量好。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。