激光是壹種光,它和其他自然光壹樣,是由原子(分子或離子等)躍遷產生的。).但它與普通光的不同之處在於,激光起初只依賴於極短時間的自發輻射,後續過程完全由激光輻射決定,因此激光具有非常純凈的顏色,幾乎沒有發散的方向性,極高的發光強度和高相幹性。
激光切割是利用激光聚焦後產生的高功率密度能量實現的。在計算機的控制下,對激光進行脈沖放電,從而輸出受控的重復頻率的高頻脈沖激光,形成具有壹定頻率和壹定脈寬的光束。脈沖激光束通過光路傳導和反射,通過聚焦透鏡組聚焦在被加工物體表面,形成微小的、高能量密度的光斑,焦斑位於被加工表面附近,使被加工材料在瞬間高溫下熔化或汽化。每壹個高能激光脈沖都會在瞬間在物體表面濺射出壹個微小的孔洞。在計算機的控制下,激光加工頭和待加工材料按照預先繪制的圖案連續相對移動,從而將物體加工成所需的形狀。
工藝參數(切割速度、激光功率、氣體壓力等。)和運動軌跡由數控系統控制,狹縫處的熔渣由壹定壓力的輔助氣體吹走。
二、激光切割機的主要流程
1,汽化切割
在激光氣化切割過程中,材料表面溫度上升到沸點溫度的速度太快,以至於無法避免熱傳導引起的熔化,所以有些材料蒸發成蒸汽而消失,有些材料作為噴出物被輔助氣流從狹縫底部吹走。在這種情況下,需要非常高的激光功率。
為了防止材料蒸汽凝結在切口壁上,材料的厚度不能大大超過激光束的直徑。因此,該工藝僅適用於必須避免排除熔融材料的應用。實際上這種加工只用於鐵基合金的小應用領域。
這壹過程不能用於木材和某些陶瓷等材料,這些材料不處於熔融狀態,因此不可能重新冷凝材料蒸汽。此外,這些材料通常到達較厚的切口。在激光氣化切割中,最佳光束聚焦取決於材料厚度和光束質量。激光功率和氣化熱對最佳焦點位置只有壹定的影響。當板材厚度不變時,最大切割速度與材料的氣化溫度成反比。所需的激光功率密度大於108W/cm2,取決於材料、切割深度和光束焦點位置。當板的厚度固定時,假設有足夠的激光功率,最大切割速度受到氣體噴射速度的限制。
2、熔化和切割
在激光熔化切割中,工件部分熔化,熔化的材料被氣流噴出。因為材料的轉移只發生在其液態,這個過程被稱為激光熔化切割。
激光束配合高純惰性切割氣體,促使熔融材料離開狹縫,氣體本身不參與切割。激光熔化切割可以獲得比氣化切割更高的切割速度。氣化所需的能量通常高於熔化材料所需的能量。在激光熔化和切割中,激光束僅被部分吸收。最大切割速度隨激光功率的增加而增加,隨板材厚度和材料熔化溫度的增加而幾乎相反地減小。當激光功率恒定時,限制因素是切口處的空氣壓力和材料的熱導率。激光熔化切割可以獲得鐵材料和鈦金屬的無氧化切割。對於鋼材料,產生熔化而不是氣化的激光功率密度在104W/cm2和105W/cm2之間。
3、氧化熔化和切割
熔化切割壹般使用惰性氣體。如果改用氧氣或其他活性氣體,材料在激光束的照射下會被點燃,與氧氣發生激烈的化學反應,產生另壹個熱源,進壹步加熱材料,這就是所謂的氧化熔化切割。
由於這種效應,同樣厚度的結構鋼用這種方法切割,切割率可以比熔化切割高。另壹方面,這種方法可能比熔體切割具有更差的切口質量。事實上,它將產生更寬的切口、明顯的粗糙度、增加的熱影響區和更差的邊緣質量。激光火焰切割對加工精密模型和尖角不好(有燒尖角的危險)。可以使用脈沖模式激光來限制熱影響,並且激光的功率決定切割速度。當激光功率恒定時,限制因素是氧氣的供應和材料的熱導率。
4、控制裂縫切割
對於易受熱損壞的脆性材料,用激光束加熱進行高速可控切割,稱為可控斷裂切割。這種切割過程的主要內容是激光束加熱脆性材料的小區域,使該區域產生較大的熱梯度和嚴重的機械變形,導致材料產生裂紋。只要保持平衡的加熱梯度,激光束就可以引導裂紋在任何需要的方向出現。