激光切割加工工藝

激光切割加工工藝激光切割技術(shù)廣泛應(yīng)用于金屬和非金屬材料的加工中，可大大減少加工時(shí)間，降低加工成本，提高工件質(zhì)量?，F(xiàn)代的激光成了人們所幻想追求的“削鐵如泥”的“寶劍”。以金運(yùn)激光CO2激光切割機(jī)為例，整個(gè)系統(tǒng)由控制系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)、排煙和吹氣保護(hù)系統(tǒng)等組成，采用最先進(jìn)的數(shù)控模式實(shí)現(xiàn)多軸聯(lián)動(dòng)及激光不受速度影響的等能量切割，同時(shí)支持DXP、PLT、CNC等圖形格式并強(qiáng)化界面圖形繪制處理能力；采用性能優(yōu)越的進(jìn)口伺服電機(jī)和傳動(dòng)導(dǎo)向結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)在高速狀態(tài)下良好的運(yùn)動(dòng)精度。激光切割是應(yīng)用激光聚焦后產(chǎn)生的高功率密度能量來實(shí)現(xiàn)的。在計(jì)算機(jī)的控制下，通過脈沖使激光器放電，從而輸出受控的重復(fù)高頻率的脈沖激光，形成一定頻率，一定脈寬的光束，該脈沖激光束經(jīng)過光路傳導(dǎo)及反射并通過聚焦透鏡組聚焦在加工物體的表面上，形成一個(gè)個(gè)細(xì)微的、高能量密度光斑，焦斑位于待加工面附近，以瞬間高溫熔化或氣化被加工材料。每一個(gè)高能量的激光脈沖瞬間就把物體表面濺射出一個(gè)細(xì)小的孔，在計(jì)算機(jī)控制下，激光加工頭與被加工材料按預(yù)先繪好的圖形進(jìn)行連續(xù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)打點(diǎn)，這樣就會(huì)把物體加工成想要的形狀。切割時(shí),一股與光束同軸氣流由切割頭噴出，將熔化或氣化的材料由切口的底部吹出(注：如果吹出的氣體和被切割材料產(chǎn)生熱效反應(yīng),則此反應(yīng)將提供切割所需的附加能源；氣流還有冷卻已切割面，減少熱影響區(qū)和保證聚焦鏡不受污染的作用)。與傳統(tǒng)的板材加工方法相比,激光切割其具有高的切割質(zhì)量(切口寬度窄、熱影響區(qū)小、切口光潔)、高的切割速度、高的柔性(可隨意切割任意形狀)、廣泛的材料適應(yīng)性等優(yōu)點(diǎn)。主要工藝有以下幾種：1、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。2、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。3、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。4、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