激光切割加工基礎(chǔ)知識(shí)

光大激光激光切割加工基礎(chǔ)知識(shí)編號(hào)：第1頁(yè)共31頁(yè)激光切割基礎(chǔ)知識(shí)第一部分激光切割的原理和功能、激光切割的原理激光切割是由電子放電作為供給能源，通過(guò)He、N2、CO2等混合氣體為激發(fā)媒介，利用反射鏡組聚焦產(chǎn)生激光光束，從而對(duì)材料進(jìn)行切割。激光切割的過(guò)程：在數(shù)控程序的激發(fā)和驅(qū)動(dòng)下，激光發(fā)生器內(nèi)產(chǎn)生出特定模式和類(lèi)型的激光，經(jīng)過(guò)光路系統(tǒng)傳送到切割頭，并聚焦于工件外表，將金屬熔化；同時(shí),噴嘴從與光束平行的方向噴出輔助氣體將熔渣吹走；在由程控的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)下，切割頭按照預(yù)定路線運(yùn)動(dòng)，從而切割出各種形狀的工件。二、機(jī)床結(jié)構(gòu)SLCF-X15X40F數(shù)控激光切割機(jī)是意大利普瑞瑪〔PRIMA〕工業(yè)公司的主導(dǎo)機(jī)型一一懸臂式飛行光路結(jié)構(gòu)的激光切割機(jī)，加工板材尺寸為1500X4000毫米，配有交換工作臺(tái)。〔一〕該機(jī)型的主要特點(diǎn)如下：?懸臂式開(kāi)式結(jié)構(gòu)，可從三個(gè)方向上下料，人機(jī)接近性極好，可放置超長(zhǎng)超寬的板材。?可移動(dòng)式切割工作臺(tái)與主機(jī)別離，柔性大。可加裝焊接、切管等功能。?精密傳動(dòng)部件不在切割區(qū)域內(nèi)，防護(hù)容易，也不會(huì)由于工作臺(tái)及床身切割熱變形影響機(jī)床的精度。?從根本上消除了電器雙邊同步鎖產(chǎn)生的誤差，防止了橫梁的扭動(dòng)，使得光路穩(wěn)定，切割精度提高。?配有高速的Z軸系統(tǒng)，同時(shí)可通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)控制輔助氣體的壓力、流量等，大大提高了加工效率。?新型的PM—400V2.0智能化編程軟件，具有蛙跳、共邊切割、優(yōu)化套排料、高效穿孔、尖角處理等功能。?具有先進(jìn)的多腔分室除塵系統(tǒng)，比單純的抽風(fēng)系統(tǒng)除塵效果更高。光大激光激光切割加工基礎(chǔ)知識(shí)編號(hào)：第2頁(yè)共31頁(yè)〔二〕機(jī)床的結(jié)構(gòu)主要由以下幾部分組成：1、床身全部光路安置在機(jī)床的床身上，床身上裝有橫梁、切割頭支架和切割頭工具，通過(guò)特殊的設(shè)計(jì)，消除在加工期間由于軸的加速帶來(lái)的振動(dòng)。機(jī)床底部分成幾個(gè)排氣腔室，當(dāng)切割頭位于某個(gè)排氣室上部時(shí)，閥門(mén)打開(kāi)，廢氣被排出。通過(guò)支架隔架，小工件和料渣落在廢物箱內(nèi)。2、工作臺(tái)X4米的工作臺(tái)可供交換使用，當(dāng)一個(gè)工作臺(tái)在進(jìn)行切割加工的同時(shí)，另一張工作臺(tái)可以同時(shí)進(jìn)行上下料操作，有效提高工作效率。兩個(gè)工作臺(tái)可通過(guò)編程或按鈕自動(dòng)交換。工作臺(tái)下方配有小車(chē)收集裝置，切割的小料及金屬粉末會(huì)集中收集在小車(chē)中。3、 切割頭是光路的最后器件，其內(nèi)置的透鏡將激光光束聚焦，標(biāo)準(zhǔn)切割頭焦距有5英寸和7.5英寸（主要用于割厚板）兩種。良好的切割質(zhì)量與噴嘴和工件的間距有關(guān)，本機(jī)切割頭使用德國(guó)PRECITEC公司生產(chǎn)的非接觸式電容傳感頭，在切割過(guò)程中可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤與修正工件外表與噴嘴的間距，調(diào)整激光焦距與板材的相對(duì)位置，以消除因被切割板材的不平整對(duì)切割材料造成的影響。自動(dòng)找準(zhǔn)材料的擺放位置〔紅光指示器〕。4、 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)包括數(shù)控系統(tǒng)〔集成可編程序控制器PLC〕、電控柜及操作臺(tái)。PMC-120數(shù)控系統(tǒng)由32位CPU控制單元、數(shù)字伺服單元、數(shù)字伺服電機(jī)、電纜等組成，采用全中文才做界面，10.4"彩色液晶顯示器，能實(shí)現(xiàn)機(jī)外編程電腦與機(jī)床的控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸通訊〔具有232接口、，具有加速、突變限制；具有圖形顯示功能，可對(duì)激光器的各種狀態(tài)進(jìn)行在線和動(dòng)態(tài)控制功能。5、 激光控制柜控制和檢查激光器的功能，并顯示系統(tǒng)的壓力、功率、放電電流和激光器的運(yùn)行模式。6、 激光器采用原裝進(jìn)口德國(guó)ROFIN公司SLAB3000W型激光發(fā)生器，是目前世界先進(jìn)的RF激勵(lì)板式放電的二氧化碳激光器。其心臟是諧振腔,激光束就在這里產(chǎn)生，激光氣體是由二氧化碳、氮?dú)?、氦氣的混合氣體，通過(guò)渦輪機(jī)使氣體沿諧振腔的軸向高速運(yùn)動(dòng)，氣體在前后兩個(gè)熱交換器中冷卻，以利于高壓?jiǎn)卧獙⒛芰總鹘o氣體。7、 冷卻設(shè)備冷卻激光器、激光氣體和光路系統(tǒng)。8、 除塵裝置內(nèi)置管道及風(fēng)機(jī)，改善了工作環(huán)境。切割區(qū)域內(nèi)裝有大通徑除塵管道及大全壓的離心式除塵風(fēng)機(jī)，加之全封閉的機(jī)床床身及分段除塵裝置，具有較好的除塵效果。9、 供氣系統(tǒng)包括氣源、過(guò)濾裝置和管路。氣源含瓶裝氣和壓縮空氣〔空氣壓縮機(jī)、冷干機(jī)、。三、設(shè)備的技術(shù)參數(shù)

光大激光激光切割加工基礎(chǔ)知識(shí)編號(hào)：第3頁(yè)共31頁(yè)表1：激光切割機(jī)技術(shù)參數(shù)序號(hào)項(xiàng)目名稱(chēng)參數(shù)單位1切割板材尺寸1500*4000mm2X軸行程4000mm3Y軸行程1500mm4Z軸行程100mm5X、Y軸定位精度土mm/m6X、Y軸重復(fù)定位精度土mm7X、Y軸最大定位速度100m/min8切割工作臺(tái)最大載重750kg9切割碳鋼最大厚度18-20mm10切割不銹鋼最大厚度8-10mm11切割鋁板最大厚度5-6mm12真空懸臂吊最大載重500kg（四）ROFIN3000WCO2激光發(fā)生器技術(shù)參數(shù)表2：激光器技術(shù)參數(shù)激光束特性功率范圍〔W〕0-3000最大功率〔W〕3000長(zhǎng)時(shí)間功率穩(wěn)定性公稱(chēng)功率±2%光束直徑〔1/e2）〔毫米〕20-25光束發(fā)散〔全角〕〔毫弧度〕光束端點(diǎn)穩(wěn)定性〔毫弧度〕因子K〔公稱(chēng)功率〕偏振狀態(tài)45度線偏振光束模式00模式操作連續(xù)波、門(mén)脈沖脈沖參數(shù)脈沖重復(fù)頻率〔赫茲〕CW-5000最小脈沖周期〔微秒〕26脈沖寬度26um電、氣、冷卻電能消耗〔千伏安〕380V±10%,三相，50赫茲工作耗電38KVA最小氣體消耗〔升/小時(shí)〕±2%最大功率時(shí)〔氦氣65%,氮?dú)?0%,C025%〕冷卻能力〔千瓦，環(huán)境溫度V40度〕「35壓縮空氣壓力〔巴〕>4環(huán)境溫度范圍〔度〕5-30光大激光激光切割加工基礎(chǔ)知識(shí)編號(hào)：第4頁(yè)共31頁(yè)三、切割方法不同的材料，切割方法不一樣，主要分為熔化切割、氧化切割、氣化切割、導(dǎo)向斷裂切割等。表3：切割方法與對(duì)應(yīng)的材料序號(hào)切割方法對(duì)應(yīng)切割材料1熔化切割不銹鋼、鋁2氧化切割碳鋼3氣化切割木材、碳素材料和某些塑料4導(dǎo)向斷裂切割陶瓷1、熔化切割在激光熔化切割中，工件材料在激光束的照射下局部熔化，熔化的液態(tài)材料被氣體吹走，形成切縫，切割僅在液態(tài)下進(jìn)行，故稱(chēng)為熔化切割。切割時(shí)在與激光同軸的方向供給高純度的不活潑氣體，輔助氣體僅將熔化金屬吹出切縫，不與金屬反應(yīng)。這種切割方法的激光功率密度在107W/cm咗右。?激光光束配上高純惰性切割氣體促使熔化的材料離開(kāi)割縫，而氣體本身不參于切割。?最大切割速度隨著激光功率的增加而增加，隨著板材厚度的增加和材料熔化溫度的增加而幾乎反比例地減小。在激光功率一定的情況下，限制因數(shù)就是割縫處的氣壓和材料的熱傳導(dǎo)率。2、 氧化切割與熔化切割不同，激光氧化切割使用活潑的氧氣作為輔助氣體。由于氧與已經(jīng)熾熱了的金屬材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，釋放出大量的熱，結(jié)果是材料進(jìn)一步被加熱。?材料外表在激光束照射下很快被加熱到燃點(diǎn)溫度，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(mǎn)蒸汽的小孔，而小孔周?chē)蝗刍募庸げ牧纤鼑?燃燒物質(zhì)轉(zhuǎn)移成熔渣，控制氧和加工材料的燃燒速度，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。但是，如果氧氣速度過(guò)快，將導(dǎo)致割縫出口處的反應(yīng)產(chǎn)物即金屬氧化物的快速冷卻，對(duì)切割質(zhì)量造成不利影響。?切割過(guò)程存在兩個(gè)熱源：激光束照射能和化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的熱能。據(jù)估計(jì)，切割碳鋼時(shí)，氧化反應(yīng)所產(chǎn)生的熱能占切割所需能量的60%。?在氧化切割過(guò)程中，如果氧化燃燒的速度高于激光束移動(dòng)的速度，割縫將變寬且粗糙，反之，如果移動(dòng)速度慢，則割縫窄而光滑。3、 氣化切割激光束焦點(diǎn)處功率密度非常高，可達(dá)l°6W/cm2以上，激光光能轉(zhuǎn)換成熱能，保持在極小的范圍內(nèi)，材料很快被加熱至氣化溫度，部分材料氣化為蒸汽逸去，部分材料被輔助氣體吹走，隨著激光束與材料之間的連續(xù)不斷的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，便形成寬度很窄〔如0?2mm〕的割縫。這種切割方法的功率密度在l°8W/cm2左右。一些不能熔化的材料如木材、碳素材料和某些塑料即通過(guò)這種方法進(jìn)行切割。?激光氧化切割在加工精密模型和尖角時(shí)是不好的〔有燒掉尖角的危險(xiǎn)〕。可以使用脈沖模式的激光來(lái)限制熱影響。?所用的激光功率決定切割速度。在激光功率一定的情況下，限制因數(shù)就是氧氣的供給和材料的熱傳導(dǎo)率。光大激光激光切割加工基礎(chǔ)知識(shí)編號(hào)：第5頁(yè)共31頁(yè)4、導(dǎo)向斷裂切割對(duì)于容易受熱破壞的脆性材料，通過(guò)激光束加熱進(jìn)行高速、可控的切斷，稱(chēng)為導(dǎo)向斷裂切割。這種切割過(guò)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。選擇切割方法，需考慮它們的特點(diǎn)和板件的材料，有時(shí)也要考慮切割的形狀。由于氣化相對(duì)熔化需要更多的熱量，因此激光熔化切割的速度比激光氣化切割的速度快，激光氧化切割則借助氧氣與金屬的反應(yīng)熱使速度更快；同時(shí)，氧化切割的切縫寬，粗糙度高，熱影響區(qū)大因此切縫質(zhì)量相對(duì)較差，而熔化切割割縫平整,外表質(zhì)量高，氣化切割因沒(méi)有熔滴飛濺，切割質(zhì)量最好。另外，熔化切割和氣化切割可獲得無(wú)氧化切縫，對(duì)于有特殊要求的切割有重要意義。一般的材料可用氧化切割完成，如果要求外表無(wú)氧化，則須選擇熔化切割，氣化切割一般用于對(duì)尺寸精度和外表光潔度要求很高的情況，故其速度也最低。另外，切割的形狀也影響切割方法，在加工精細(xì)的工件和尖銳的角時(shí)，氧化切割可能是危險(xiǎn)的，因?yàn)檫^(guò)熱會(huì)使細(xì)小部位燒損。四、運(yùn)行模式激光器經(jīng)常運(yùn)行在連續(xù)輸出模式，為了得到最正確的切割質(zhì)量，對(duì)于給定的材料，有必要調(diào)整進(jìn)給速率，例如拐彎時(shí)的加速，減速和延時(shí)。因此，在連續(xù)輸出模式下，降低功率是不夠的，必須通過(guò)變化脈沖來(lái)調(diào)整激光功率。表4：各種不同的激光運(yùn)行模式、應(yīng)用范圍和舉例.激光模式圖形表示舉例連續(xù)模式11j低壓切割雅通切割高壓切割用氧氣切結(jié)構(gòu)鋼用氮?dú)馇胁讳P鋼用氮?dú)馇秀Q板調(diào)制模式IIIIHHt切角加速和剎車(chē)激光功率9切割速度相關(guān).付以避免切第時(shí)的燒痕.光大激光激光切割加工基礎(chǔ)知識(shí)編號(hào)：第6頁(yè)共31頁(yè)晉通脈沖模式J1min穿孔薄板耕細(xì)加工切結(jié)構(gòu)鋼 精細(xì)穿孔切小孔 粕細(xì)切割超脈沖模式，一穿孔加丄高反射率材料用氮?dú)馇懈钽~用氧氣切割不銹鋼用氧氣切割耐熱鋼趙強(qiáng)脈沖蟆式HU穿孔厚板精細(xì)加丁變頻穿孔：増頻穿孔速度快用耗氣切割鄴板在連續(xù)模式下，激光輸出的功率是恒定的，這使得進(jìn)入板料的熱量比較均勻,它適合于一般情況下較快速的切割，一方面可以提高工作效率，另一方面也是防止熱量集中導(dǎo)致熱影響區(qū)組織惡變的需要。調(diào)制模式的激光功率是切割速度的函數(shù)，它可以通過(guò)限制在各點(diǎn)處的功率使進(jìn)入板料的熱量保持在相當(dāng)?shù)牡退?，從而防止切縫邊緣的燒傷。由于它的控制比較復(fù)雜，因此效率不是很高，只在短時(shí)段內(nèi)使用。脈沖模式雖可細(xì)分為三種情況，實(shí)質(zhì)上只是強(qiáng)度的差異，往往根據(jù)材料的特性和結(jié)構(gòu)的精度來(lái)選擇。五、激光切割的特點(diǎn)1、激光切割的切縫窄，工件變形小激光束聚焦成很小的光點(diǎn)，使焦點(diǎn)處到達(dá)很高的功率密度。這時(shí)光束輸入的熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)被材料反射、傳導(dǎo)或擴(kuò)散的部分，材料很快加熱至汽化程度，蒸發(fā)形成孔洞。隨著光束與材料相對(duì)線性移動(dòng)，使孔洞連續(xù)形成寬度很窄的切縫。切邊受熱影響很小，基本沒(méi)有工件變形。切割過(guò)程中還添加與被切材料相適合的輔助汽體。碳鋼切割時(shí)利用氧作為輔助汽體與熔融金屬產(chǎn)生放熱化學(xué)反應(yīng)氧化材料，同時(shí)幫助吹走割縫內(nèi)的熔渣。切割聚丙烯一類(lèi)塑料使用壓縮空氣，棉、紙等易燃材料切割使用惰性汽體。進(jìn)入噴嘴的輔助汽體還能冷卻聚焦透鏡，防止煙塵進(jìn)入透鏡座內(nèi)污染鏡片并導(dǎo)致鏡片過(guò)熱。大多數(shù)有機(jī)與無(wú)機(jī)材料都可以用激光切割。在工業(yè)制造系統(tǒng)占有份量很重的金屬加工業(yè)，許多金屬材料，不管它是什么樣的硬度，都可以進(jìn)行無(wú)變形切割。當(dāng)然，對(duì)高反射率材料，如金、銀、銅和鋁合金，它們也是好的傳熱導(dǎo)體，因此光大激光激光切割加工基礎(chǔ)知識(shí)編號(hào)：第7頁(yè)共31頁(yè)激光切割很困難，甚至不能切割。激光切割無(wú)毛刺、皺折、精度高，優(yōu)于等離子切割。對(duì)許多機(jī)電制造行業(yè)來(lái)說(shuō)，由于微機(jī)程序控制的現(xiàn)代激光切割系統(tǒng)能方便切割不同形狀與尺寸的工件，它往往比沖切、模壓工藝更被優(yōu)先選用；盡管它加工速度還慢于模沖，但它沒(méi)有模具消耗，無(wú)須修理模具，還節(jié)約更換模具時(shí)間，從而節(jié)省了加工費(fèi)用，降低了生產(chǎn)成本，所以從總體上考慮是更合算的。2、激光切割是一種高能量、密度可控性好的無(wú)接觸加工激光束聚焦后形成具有極強(qiáng)能量的很小作用點(diǎn)，把它應(yīng)用于切割有許多特點(diǎn)。首先，激光光能轉(zhuǎn)換成驚人的熱能保持在極小的區(qū)域內(nèi)，可提供：〔1〕狹窄的直邊割縫；〔2〕最小的鄰近切邊的熱影響區(qū)；〔3〕極小的局部變形。其次，激光束對(duì)工件不施加任何力，它是無(wú)接觸切割工具，這就意味著：〔1〕工件無(wú)機(jī)械變形；〔2〕無(wú)刀具磨損，也談不上刀具的轉(zhuǎn)換問(wèn)題；〔3〕切割材料無(wú)須考慮它的硬度，也即激光切割能力不受被切材料的硬度影響，任何硬度的材料都可以切割。再次，激光束可控性強(qiáng)，并有高的適應(yīng)性和柔性，因而：〔1〕與自動(dòng)化設(shè)備相結(jié)合很方便，容易實(shí)現(xiàn)切割過(guò)程自動(dòng)化；〔2〕由于不存在對(duì)切割工件的限制，激光束具有無(wú)限的仿形切割能力；〔3〕與電腦結(jié)合，可整張板排料，節(jié)省材料。3、激光切割具有廣泛的適應(yīng)性和靈活性與其它常規(guī)加工方法相比，激光切割具有更大的適應(yīng)性。與其他熱切割方法相比，同樣作為熱切割過(guò)程，別的方法不能象激光束那樣作用于一個(gè)極小的區(qū)域，結(jié)果導(dǎo)致切口寬、熱影響區(qū)大和明顯的工件變形。激光能切割非金屬，而其它熱切割方法則不能。六、氣體參數(shù)的控制在實(shí)際的激光切割過(guò)程中，還要有輔助氣體的參與。輔助氣體不但可以將熔渣及時(shí)吹走，還起到冷卻工件和清潔透鏡的作用，選用不同的輔助氣體，更能夠改變切割的速度及割縫外表質(zhì)量，對(duì)特殊金屬的切割具有重大意義。影響氣體的參數(shù)包括氣體類(lèi)型、氣體壓力和噴嘴直徑。輔助氣體類(lèi)型輔助氣體類(lèi)型有氧氣、空氣、氮?dú)夂蜌鍤?。氧氣適合于厚板切割、高速切割和極薄板切割；空氣適合于鋁板、非金屬及鍍鋅鋼板的切割，在一定程度上它可以減少氧化膜且節(jié)省成本；氮?dú)庾鳛榍懈顣r(shí)的保護(hù)氣體可防氧化膜發(fā)生，防止燃燒(在板料較厚時(shí)容易發(fā)生)；氬氣用于鈦金屬切割。氣體壓力氣體壓力分高壓和低壓兩種,根據(jù)激光機(jī)的技術(shù)參數(shù)，高壓最大為20兆帕，低壓最大為5兆帕。選擇壓力的依據(jù)有板料厚度、切割速度、熔化金屬的粘度光大激光激光切割加工基礎(chǔ)知識(shí)編號(hào)：第8頁(yè)共31頁(yè)和激光功率。當(dāng)料厚較大，切速較快，金屬液體的粘度較高時(shí),可選用高一些的壓力；相反，對(duì)于薄料、慢速切割或液態(tài)粘度小的金屬，則可選擇適當(dāng)?shù)牡蛪?。功率較大時(shí)適當(dāng)增加氣體壓力對(duì)冷卻周?chē)牧鲜怯幸娴?它適用于有特殊要求的場(chǎng)合。不管選用怎樣的壓力，其原則都是在保證吹渣效果的前提下盡可能經(jīng)濟(jì)。噴嘴直徑噴嘴直徑的選取與氣體壓力的選擇原則上是一樣的,但它還與切割方法有關(guān)。對(duì)于以氧氣作為輔助氣體的切割，由于金屬的燃燒，割縫較寬，要想迅速有效地吹走熔渣，得選用大直徑的噴嘴才行，對(duì)于采用脈沖切割的場(chǎng)合，割縫較小,不宜選用太大的噴嘴。有時(shí)噴嘴大小的選擇會(huì)與壓力選擇相矛盾,在不能兩全的情況下,通過(guò)調(diào)節(jié)噴嘴與切縫的距離也能起到一定的作用。常用的噴嘴直徑是1.5和2.0的。七、材料特性與激光加工的關(guān)系工件切割的結(jié)果可能是切縫干凈，也可能相反，切縫底部掛渣或切縫上帶有燒痕，其中很大的一部分是由材料引起的。影響切割質(zhì)量的因素有：合金成分、材料顯微結(jié)構(gòu)、外表質(zhì)量、外表處理、反射率、熱導(dǎo)率、熔點(diǎn)及沸點(diǎn)。通常合金成分影響材料的強(qiáng)度、可焊性、高氧化性和耐腐蝕性，所以含碳量越高越難切割；晶粒細(xì)小切縫品質(zhì)好；如果材料外表有銹蝕，或有氧化層，熔化時(shí)因氧化層與金屬的性質(zhì)不同，使外表產(chǎn)生難熔的氧化物，也增加了熔渣，切縫會(huì)呈不規(guī)則狀；外表粗造減少了反光度，提高熱效率，經(jīng)噴丸處理后切割質(zhì)量要好許多。導(dǎo)熱率低則熱量集中，效率高。因此，越是晶粒細(xì)小、外表粗糙、無(wú)銹蝕、導(dǎo)熱率低的材料越容易加工，而含碳量高、外表有鍍層或涂漆、反光率高的材料較難切割。含碳量高的金屬多屬于熔點(diǎn)比較高的金屬，由于難以熔化，增加了切穿的時(shí)間。一方面，它使得割縫加寬，外表熱影響區(qū)擴(kuò)大，造成切割質(zhì)量的不穩(wěn)定；另一方面，合金成分含量高，使液態(tài)金屬的粘度增加，使飛濺和掛渣的比率提高，加工時(shí)對(duì)激光功率、氣吹壓力的調(diào)節(jié)都提出了更高的要求。鍍層和涂漆加強(qiáng)的光的反射，使熔融因難；同時(shí)，也增加了熔渣的產(chǎn)生。八、激光切割應(yīng)注意的問(wèn)題前面分析了激光切割最主要的幾個(gè)技術(shù)參數(shù)，它們決定了切割工藝的主要方面，但并不是只要把握了這就一定能加工出高質(zhì)量的產(chǎn)品，還有幾個(gè)問(wèn)題是特別需要引起注意的：1、切速的選擇激光切割的速度最大可達(dá)200—300mm/s,實(shí)際加工時(shí)往往只有最大速的1/3—1/2，因?yàn)樗俣仍礁?，伺服機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)精度就越低，直接影響切割質(zhì)量。有實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，切割圓孔時(shí)，切速越高，孔徑越小，加工的孔圓度就越差。只有在長(zhǎng)邊光大激光激光切割加工基礎(chǔ)知識(shí)編號(hào)：第9頁(yè)共31頁(yè)直線切割時(shí)才可以使用最大速切割以提高效率。2、 切割的引線和尾線在切割操作中，為了使割縫銜接良好，防止始端和終點(diǎn)燒傷，常常在切割開(kāi)始和結(jié)束處各引一段過(guò)渡線，分別稱(chēng)作引線和尾線。引線和尾線對(duì)工件本身是沒(méi)有用的，因此要安排在工件范圍之外，同時(shí)注意不能將引線設(shè)置在尖角等不易散熱處。引線與割縫的連接盡量采用圓弧過(guò)渡，使機(jī)器運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)并防止轉(zhuǎn)角停頓造成燒傷。3、 尖角的加工用走圓弧加工出鈍角如有可能，防止加工沒(méi)有圓弧的角。帶圓弧的角有以下好處：&〕軸運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)性能好；b〕熱影響區(qū)??；C〕產(chǎn)生的毛刺少。對(duì)于不帶圓角的邊角，可以設(shè)定的最大半徑是切縫寬度的一半。此時(shí)切割出來(lái)的邊角是沒(méi)有圓角的。iTf11圖2：走圓弧法加工鈍角用圓孔成角法在薄板上切割尖角當(dāng)在薄板上高速切割時(shí)，建議使用圓孔成角法切割尖角，它有以下好處：&〕切割尖角時(shí)，軸向變化均勻；b〕切角時(shí)，切速恒定；c〕防止了軸振動(dòng)，防止毛刺生成；d〕尖角處的熱影響區(qū)小。圖3：圓孔成角法加工銳角用延時(shí)法在厚板上切割尖角切割厚板時(shí)，如果還使用圓孔成角法，尖角周?chē)鷷?huì)過(guò)熱，此時(shí)應(yīng)采用參數(shù)：“Criticalangle,dwelltime"來(lái)切割尖角，機(jī)器運(yùn)動(dòng)到尖角處，停頓特定的時(shí)間，然后繼續(xù)轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。九、激光所用氣體激光所用氣體包括激光器工作和保護(hù)氣體以及切割輔助氣體。激光器工作氣體用于產(chǎn)生激光，保護(hù)氣體用于保護(hù)光學(xué)器件、驅(qū)動(dòng)光閘。激光器工作氣體由氦氣、氮?dú)?、二氧化碳?xì)怏w按照一定比例混合，這個(gè)比例在工廠

光大激光激光切割加工基礎(chǔ)知識(shí)編號(hào)：第10頁(yè)共31頁(yè)預(yù)定好，確保最正確性能，不要隨便調(diào)整，比例不當(dāng)，可能會(huì)造成激光系統(tǒng)的失效和高壓電源的損害。激光器所用氣體均為高純度，均在99.999%以上.切割輔助氣體主要是N2或02，有的材料切割可以使用壓縮空氣作為切割輔助氣體。N2切割的切割面比較光亮;O切割的切割面由于材料被氧化而發(fā)黑。切割輔助氣體2的純度越高，切割面的質(zhì)量2越好。表4：切割輔助氣體氣體純度備注氮?dú)?9.5%氧氣99.5%壓縮空氣符合IS08573-1最大顆粒尺寸：5Pm最大凝聚物含量：5mg/m3最大油含量：3無(wú)油空壓機(jī)+冷凍干燥機(jī)〔處理量lms/min〕第二部分激光切割工藝光大激光激光切割加工基礎(chǔ)知識(shí)編號(hào)：第11頁(yè)共31頁(yè)切割工藝與下述因素關(guān)系緊密：?激光模式?激光功率?焦點(diǎn)位置?噴嘴高度?噴嘴直徑?輔助氣體?輔助氣體純度?輔助氣體流量?輔助氣體壓力?切割速度?板材材質(zhì)?板材外表質(zhì)量〔如生銹、異物等〕與切割相關(guān)的各工藝參數(shù)如以下圖所示。圖4：切割工藝參數(shù)、激光模式光大激光激光切割加工基礎(chǔ)知識(shí)編號(hào)：第12頁(yè)共31頁(yè)激光器的模式對(duì)切割影響很大，切割時(shí)要求到達(dá)鋼板外表的模式較好。這與激光器本身的模式和外光路鏡片的質(zhì)量有直接的關(guān)系。激光束橫截面上光強(qiáng)的分布情況稱(chēng)為激光橫模。一般籠統(tǒng)地把橫模當(dāng)作激光模式。用符號(hào)TEMmn表示各種橫向模式。TEM表示橫向電磁波，m、n均為正整數(shù)，分別表示在x軸和y軸方向上光強(qiáng)為零的那些點(diǎn)的序數(shù)，稱(chēng)為模式序數(shù)。以下圖示出了幾種不同的激光束橫模的光斑。TEM00模又稱(chēng)基模，其光斑中任何一點(diǎn)光強(qiáng)都不為零。假設(shè)光斑在x方向上有一點(diǎn)光強(qiáng)為零，稱(chēng)為T(mén)EM10模；在y方向上有一點(diǎn)光強(qiáng)為零，稱(chēng)為T(mén)EM01模。以此類(lèi)推，模式序數(shù)m和n越大，光斑中光強(qiáng)為零的點(diǎn)的數(shù)目越多。有不同橫向模式的激光束稱(chēng)為多模。圖5：模式光斑上圖中，TEM00模,稱(chēng)為基模.TEM*。］模,是單環(huán)模，也叫準(zhǔn)基模。為了與TEM01區(qū)分，特地加上星號(hào)*。TEM01模與TEM10模其實(shí)可視為相同的模式，因?yàn)閄、Y軸原本就是人為劃分的。下面示出的是幾種模式的立體圖。圖6：TEM00模式立體圖

光大激光激光切割加工基礎(chǔ)知識(shí)編號(hào)：第13頁(yè)共31頁(yè)圖7：TEM20模式立體圖 圖8TEM23模式立體圖圖9：多模二、焦點(diǎn)位置焦點(diǎn)位置是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，應(yīng)正確調(diào)節(jié)焦點(diǎn)位置。焦點(diǎn)位置與切割面的關(guān)系焦點(diǎn)位置示意圖特征零焦距焦點(diǎn)在工件外表貞屮八噴嘴厶創(chuàng)'」1L1匕切幅適用于5毫米以下薄碳鋼等。〔切斷面〕'TmnnoiM川1川1川川川川jhe焦點(diǎn)在工件上外表，所以，切割光滑，下

光大激光激光切割加工基礎(chǔ)知識(shí)編號(hào)：第14頁(yè)共31頁(yè)負(fù)焦距焦點(diǎn)在工件外表下噴7//負(fù)焦距焦點(diǎn)在工件外表下噴7//二切幅正焦距焦點(diǎn)在工件外表上噴嘴（ //jL][——二切幅外表則不光滑?！X材、不銹鋼等工件采用這種方式?！睬袛嗝妗辰裹c(diǎn)在中央，偏下部因此平滑面范圍較大,切幅比零焦距的切幅寬，切割氣體流量較大，穿孔時(shí)間較零焦距為長(zhǎng)。―切割厚鋼板時(shí)采用〔一般使用氧氣〕。厚鋼板切斷時(shí)，切斷用氧氣的氧化作用必須從上面到底面。因厚板之故切幅要寬，這樣的設(shè)定可得較寬的切幅。切斷面和瓦斯切斷類(lèi)似，可以說(shuō)是用氧氣吹斷，因此斷面較粗糙。焦點(diǎn)位置對(duì)切割斷面的影響3.焦點(diǎn)尋找焦點(diǎn)確定的方法和步驟：1） 取下噴嘴，Z軸下降，距板面2?3mm。2） 執(zhí)行尋找焦點(diǎn)子程序1991?！睠ALL1991〕速率倍率設(shè)為100%。3） 移動(dòng)Y軸到劃痕最細(xì)處。4） 計(jì)算焦點(diǎn)位置Zf焦點(diǎn)位置為Zf=z+YX其中：Z——當(dāng)前Z軸坐標(biāo)；Y——當(dāng)前Y軸坐標(biāo)。5） 裝上噴嘴，將焦點(diǎn)微調(diào)調(diào)至刻度5。6） 手動(dòng)切換到隨動(dòng)。7） 調(diào)節(jié)焦點(diǎn)，使Z軸坐標(biāo)到達(dá)Zf的值，鎖緊切割頭。

光大激光激光切割加工基礎(chǔ)知識(shí)編號(hào)：第15頁(yè)共31頁(yè)此時(shí)焦點(diǎn)位于板面。三、噴嘴噴嘴形狀、噴嘴孔徑、噴嘴高度〔噴嘴出口與工件外表之間的距離〕等，均會(huì)影響切割的效果。圖10：噴嘴1.噴嘴的作用（1）防止熔漬等雜物往上反彈，穿過(guò)噴嘴，污染聚焦鏡片（2）控制氣體擴(kuò)散面積及大小，從而控制切割質(zhì)量。光大激光激光切割加工基礎(chǔ)知識(shí)編號(hào)：第16頁(yè)共31頁(yè)圖12：有噴嘴時(shí)，氣體噴出的情況噴嘴與切割品質(zhì)的關(guān)系噴嘴出口孔中心與激光束的同軸度是影響切割質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要因素之一，工件越厚，影響越大。當(dāng)噴嘴發(fā)生變形或有熔漬時(shí)，將直接影響同軸度。故噴嘴應(yīng)小心保存，防止碰傷以免造成變形。噴嘴形狀和尺寸的制造精度高，安裝時(shí)應(yīng)注意方法正確。如果由于噴嘴的狀況不良，從而需要要改變切割時(shí)的各項(xiàng)條件，那就不如更換新的噴嘴。如果噴嘴與激光不同軸，將對(duì)切割質(zhì)量產(chǎn)生如下影響。對(duì)切割斷面的影響如下圖，當(dāng)輔助氣體從噴嘴吹出時(shí)，氣量不均勻，出現(xiàn)一邊有熔漬，另一邊沒(méi)有的現(xiàn)象。對(duì)切割3mm以下薄板時(shí)，它的影響較小，切割3mm以上時(shí)，影響較嚴(yán)重，有時(shí)無(wú)法切透。圖13：同軸度對(duì)切割斷面的影響對(duì)尖角的影響工件有尖角或角度較小時(shí)，容易產(chǎn)生過(guò)熔現(xiàn)象，厚板則可能無(wú)法切割。對(duì)穿孔的影響穿孔不穩(wěn)定，時(shí)間不易控制，對(duì)厚板會(huì)造成過(guò)熔，且穿透條件不易掌握。對(duì)薄板影響較小。

光大激光激光切割加工基礎(chǔ)知識(shí)編號(hào)：第17頁(yè)共31頁(yè)噴嘴孔與激光束同軸度的調(diào)整噴嘴孔與激光束的同軸度的調(diào)整步驟如下：1)2)3)用10~20瓦的功率，手動(dòng)打孔。1)2)3)用10~20瓦的功率，手動(dòng)打孔。取下不干膠紙，注意保持其方向，以便與噴嘴相比照。正常情況下，不干膠紙上會(huì)留下一個(gè)黑點(diǎn)，是被激光燒損的。但如果噴嘴中心偏離激光束中心過(guò)大時(shí)，將無(wú)法看到這個(gè)黑點(diǎn)〔激光束射到了噴嘴的壁上〕。圖15：噴嘴偏離太大4)如果打出的中心點(diǎn)時(shí)大時(shí)小，請(qǐng)注意條件是否一致，聚焦鏡是否松動(dòng)。4)光大激光激光切割加工基礎(chǔ)知識(shí)編號(hào)：第18頁(yè)共31頁(yè)圖16：聚焦鏡松動(dòng)(5)注意觀察黑點(diǎn)偏離噴嘴中心的方向，調(diào)整噴嘴位置。圖17：調(diào)整噴嘴位置，與激光束同軸噴嘴孔徑孔徑大小對(duì)切割質(zhì)量和穿孔質(zhì)量有關(guān)鍵性的影響。如果噴嘴孔徑過(guò)大，切割時(shí)四處飛濺的熔化物，可能穿過(guò)噴嘴孔，從而濺污鏡片?？讖皆酱螅瑤茁试礁?，對(duì)聚焦鏡保護(hù)就越差，鏡片壽命也就越差。?噴嘴孔徑的比較噴嘴孔徑氣體流速〔量〕熔融物去除能力小快大大慢小?噴嘴?1、?

光大激光激光切割加工基礎(chǔ)知識(shí)編號(hào)：第19頁(yè)共31頁(yè)噴嘴直徑薄板〔3mm以下〕厚板〔3mm以上〕切割功率較咼，散熱時(shí)間較長(zhǎng)，切割時(shí)間亦較長(zhǎng)?1切割面較細(xì)氣體擴(kuò)散面積小，不太穩(wěn)定，基本可用?切割面會(huì)較粗，轉(zhuǎn)角地方易有溶漬氣體擴(kuò)散面積大，氣體流速較慢，切割時(shí)較穩(wěn)定噴嘴高度的調(diào)整噴嘴高度即噴嘴出口與工件外表之間的距離。此高度設(shè)定范圍在?4.Omm之間,而切割時(shí)一般我們會(huì)設(shè)定在?，過(guò)低會(huì)導(dǎo)致噴嘴易碰撞到工件外表，過(guò)高會(huì)降低輔助氣體的濃度和壓力，造成切割質(zhì)量下降。打孔時(shí)此高度要比切割高度略高，高度設(shè)定在3.5mm?4mm,這樣有效防止打孔時(shí)所產(chǎn)生的飛濺物污染聚焦鏡。圖18：噴嘴高度

光大激光激光切割加工基礎(chǔ)知識(shí)編號(hào)：第20頁(yè)共31頁(yè)圖19：電容傳感器控制盒調(diào)節(jié)EG495調(diào)節(jié)盒上帶刻度電位器，其刻度基本上代表噴嘴與板面之間的距離〔0.5到10mm〕比方，刻度為1.5,噴嘴與板面之間的距離為1.6mm左右。?隨動(dòng)傳感器隨動(dòng)傳感器的調(diào)整，務(wù)必按照要領(lǐng)進(jìn)行。四、切割速度切割速度直接影響切口寬度和切口外表粗糙度。不同材料的板厚，不同的切割氣體壓力，切割速度有一個(gè)最正確值，這個(gè)最正確值約為最大切割速度的80%。速度過(guò)快如果切割速度過(guò)快，可能造成以下后果。1） 可能無(wú)法切透，火花亂噴。2） 有些區(qū)域可以切透，但有些區(qū)域無(wú)法切透。3） 整個(gè)斷面較粗，但不產(chǎn)生溶漬。4） 切割斷面呈斜條紋路，且下半部產(chǎn)生溶漬。

光大激光激光切割加工基礎(chǔ)知識(shí)編號(hào)：第21頁(yè)共31頁(yè)圖20：速度過(guò)快2.速度太慢造成過(guò)熔，切斷面較粗糙。切縫變寬，尖角部位整個(gè)溶化。影響切割效率。確定適當(dāng)?shù)那懈钏俣?從切割火花判斷進(jìn)給速度可否增快或減慢火花由上往下擴(kuò)散圖21：切割速度正常光大激光激光切割加工基礎(chǔ)知識(shí)編號(hào)：第22頁(yè)共31頁(yè)圖23：切割速度過(guò)慢?進(jìn)給速度適當(dāng)如圖，切割面呈現(xiàn)較平穩(wěn)線條，且下半部無(wú)熔漬產(chǎn)生。圖24：切割速度正常五、切割輔助氣體選擇切割輔助氣體的種類(lèi)和壓力時(shí)，宜從以下幾方面考慮：一般使用氧氣切割普通碳鋼，低壓打孔，高壓切割。一般使用空氣切割非金屬，低壓和高壓的壓力可調(diào)為一樣，打孔時(shí)間設(shè)為0。一般使用氮?dú)馇懈畈讳P鋼等，低壓氧氣打孔。?氣體純度越高，切割質(zhì)量越好。切割低碳鋼板純度至少99.6%以上，切割12mm以上碳鋼板建議氧氣純度99.9%以上。切割不銹鋼板氮?dú)饧兌葢?yīng)到達(dá)99.6%以上。氮?dú)饧兌仍礁?，切割斷面質(zhì)量越好。如果切割用氣體純度不合要求，不但影響切割的質(zhì)量，而且會(huì)造成鏡片的污染。

光大激光激光切割加工基礎(chǔ)知識(shí)編號(hào)：第23頁(yè)共31頁(yè)熱 熱1、輔助氣體對(duì)切割質(zhì)量的影響氣體有助于散熱及助燃，吹掉溶漬，改善切割面品質(zhì)。氣體壓力不足時(shí)，對(duì)切割的影響a．切割面產(chǎn)生熔漬。b．切割速度無(wú)法增快，影響效率。氣體壓力過(guò)高時(shí)，對(duì)切割質(zhì)量的影響a．氣流過(guò)大時(shí)，切割面較粗，且縫較寬。b．氣流過(guò)大時(shí)，造成切斷部分熔化，無(wú)法形成良好切割質(zhì)量。2、輔助氣體對(duì)穿孔的影響光大激光激光切割加工基礎(chǔ)知識(shí)編號(hào)：第24頁(yè)共31頁(yè)〔1〕氣體壓力過(guò)低時(shí)，不易穿透，時(shí)間增長(zhǎng)?！?〕氣體壓力太高時(shí)，造成穿透點(diǎn)熔化，形成大的熔化點(diǎn)所以薄板穿孔的壓力較高，厚板則較低。3、切割有機(jī)玻璃時(shí)的輔助氣體有機(jī)玻璃屬于易燃物，為了得到透明光亮的切割面，所以選用氮?dú)饣蚩諝?，阻燃。如果選用氧氣，則切割質(zhì)量不夠好。必須在切割時(shí)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇合適的壓力。氣體壓力越小，切割光亮度越高，產(chǎn)生的毛斷面越窄。但氣體壓力過(guò)低，造成切割速度慢，板面下出現(xiàn)火苗，影響下外表質(zhì)量。六、激光功率激光切割所需要的激光功率主要取決于切割類(lèi)型以及被切割材料的性質(zhì)。汽化切割所需要的激光功率最大，熔化切割次之，氧氣切割最小。激光功率對(duì)切割厚度切割速度和切口寬度等有很大影響。一般激光功率增大，所能切割材料的厚度也增加，切割速度加快，切口寬度也有所加大。激光功率對(duì)切割過(guò)程和質(zhì)量有決定性的影響。1．功率太小無(wú)法切割圖25：功率太小2．功率過(guò)大，整個(gè)切割面熔化圖26：功率過(guò)大

光大激光激光切割加工基礎(chǔ)知識(shí)編號(hào)：第25頁(yè)共31頁(yè)3．七、切割參數(shù)的總結(jié)切割效果取決于具體的工藝參數(shù)，總結(jié)如下：輸入?yún)?shù)系統(tǒng)參數(shù)光路鏡片數(shù)量系統(tǒng)概念激光束參數(shù)強(qiáng)度光斑尺寸輸出參數(shù)?輸出參數(shù)?切割邊沿的質(zhì)量?切口寬度光大激光激光切割加工基礎(chǔ)知識(shí)編號(hào)：第26頁(yè)共31頁(yè)每單位長(zhǎng)度的能量焦點(diǎn)位置氣體參數(shù)噴嘴參數(shù)材料參數(shù)材料特性?材料的外表表5：激光切割主要參數(shù)參數(shù)內(nèi)容切割速度給定激光功率密度和材料，切割速度符合一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式，只要在閥值以上，材料的切割速度與激光功率成正比，即增加功率密度，可提高切割速度，切割速度同樣與被切割材料密度和厚度成反比，提高切割速度的因素：提高功率(500-3000w);改變光束模式；減小聚焦光斑大小(如采用短焦距透鏡)對(duì)金屬材料，其他工藝變量保存不變，激光切割速度可以有一個(gè)相對(duì)調(diào)節(jié)范圍而仍能保持較滿(mǎn)意的切割質(zhì)量，這種調(diào)節(jié)范圍在切割薄金屬時(shí)顯得比較寬。焦八占八、、位置激光束聚光后光斑大小與透鏡焦長(zhǎng)成正比，光束經(jīng)短焦長(zhǎng)透鏡聚焦后光斑尺寸很小，焦點(diǎn)處功率密度很高，對(duì)材料切割很有利，但它的不利之外是焦深很短，調(diào)節(jié)余量很小，一般比較適用于高速切割薄材，對(duì)于厚工件，由于長(zhǎng)焦長(zhǎng)透鏡有較寬焦深，只要具有足夠功率密度，用來(lái)對(duì)它切割比較合適，由于焦點(diǎn)處功率密度最高，在大多數(shù)情況下，切割時(shí)，焦點(diǎn)位置剛處于工件外表，或稍在工件外表之下，確保焦點(diǎn)與工件相對(duì)位置恒定是獲得穩(wěn)定的切割質(zhì)量的重要條件，有時(shí)透鏡工作中因冷卻不善而受熱從而引起焦長(zhǎng)變化，這就需及時(shí)調(diào)整焦點(diǎn)位置。輔助氣體輔助氣體與激光光束同軸噴處，保護(hù)透鏡免受污染并吹走切割區(qū)底部溶渣，對(duì)非金屬和部分金屬材料，使用壓縮空氣或惰性氣體，清除溶化和蒸發(fā)材料，同時(shí)抑制切割區(qū)過(guò)度燃燒。輔助氣體氣壓大多數(shù)金屬激光切割則使用活性氣體〔氧氣〕形成與灼熱金屬發(fā)生氧化放熱反應(yīng)，這部分附加熱量可提高切割速度1/3—1/2當(dāng)高速切割薄板材時(shí)，需要較高的氣體壓力防止切口反面沾渣，當(dāng)材料厚度或切割速度較慢時(shí)，氣體壓力可以適當(dāng)?shù)慕档汀＜す廨敵龉β始す夤β蚀笮『湍Ｊ胶脡亩紩?huì)對(duì)切割發(fā)生重要的影響，實(shí)際操作時(shí)，常常設(shè)置最大功率以獲得高的切割速度或用以切割較厚的材料。上表顯示了可能影響切割效果的參數(shù)的大部分因素，下表列出了切割參數(shù)的典型值，它們并不適用于具體的個(gè)案，但可用其作為參考，以找出正確的啟動(dòng)參數(shù)。表6：DC030不銹鋼切割參數(shù)典型值材料厚度(mm)焦距(inch)1—i-*(mm)激光器功率(W)切割速度(m/min)氣體壓強(qiáng)N2(bar)噴嘴直徑①(mm)噴嘴距板面距離(mm)光大激光激光切割加工基礎(chǔ)知識(shí)編號(hào)：第27頁(yè)共31頁(yè)153000281025-1300081035-23000154-3300025-43000202610-530002208-630002031015-63000203表7：DC030低碳鋼切割參數(shù)典型值材料厚度(mm)焦距(inch)(mm)激光器功率(W)切割速度(m/min)氣體壓強(qiáng)O2(bar)噴嘴直徑①(mm)噴嘴距板面距離(mm)15075091258007311358004311423000116230001823000110230001122300011523000212030001表8：DC025AlMg3N2切割參數(shù)典型值材料厚度(mm)焦距(inch)(mm)激光器功率(W)切割速度(m/min)氣體壓強(qiáng)O2(bar)噴嘴直徑①(mm)噴嘴距板面距離(mm)2250010-123250012-154250012-