激光切割技術(shù)

1、激光切割技術(shù)激光切割技術(shù) laser beam cutting小組成員：汪祥，田浩，小組成員：汪祥，田浩， 賴永西，龐金剛賴永西，龐金剛激光的發(fā)展史激光的發(fā)展史“受激受激1917年愛(ài)因斯坦提年愛(ài)因斯坦提出輻射出輻射”的概念，奠定了的概念，奠定了激光的理論基礎(chǔ)。激光的理論基礎(chǔ)。1958年美國(guó)科學(xué)家肖年美國(guó)科學(xué)家肖洛和湯斯發(fā)現(xiàn)了一種洛和湯斯發(fā)現(xiàn)了一種奇怪的現(xiàn)象，當(dāng)他們奇怪的現(xiàn)象，當(dāng)他們將閃光燈泡嗦發(fā)射的將閃光燈泡嗦發(fā)射的光照在一種稀土的晶體上時(shí)，晶體的分子會(huì)發(fā)出鮮光照在一種稀土的晶體上時(shí)，晶體的分子會(huì)發(fā)出鮮艷的，始終會(huì)聚在一起的強(qiáng)光，由此他們提出了艷的，始終會(huì)聚在一起的強(qiáng)光，由此他們提出了“激光原

2、理激光原理”，受，受激輻射可以得到一種單色性、亮度激輻射可以得到一種單色性、亮度有很高的新型光源。有很高的新型光源。1958年，貝爾實(shí)驗(yàn)的肖洛和湯斯年，貝爾實(shí)驗(yàn)的肖洛和湯斯發(fā)表了關(guān)于激光器的經(jīng)典理論，奠發(fā)表了關(guān)于激光器的經(jīng)典理論，奠定了激光發(fā)展的基礎(chǔ)。定了激光發(fā)展的基礎(chǔ)。 1960年年7月月8日，美國(guó)人梅曼發(fā)明了世界上第一臺(tái)日，美國(guó)人梅曼發(fā)明了世界上第一臺(tái)紅寶石激光器，梅曼利用紅寶石作發(fā)光材料，用紅寶石激光器，梅曼利用紅寶石作發(fā)光材料，用發(fā)光度很高的脈沖氙燈作發(fā)光源，獲得了人類有發(fā)光度很高的脈沖氙燈作發(fā)光源，獲得了人類有史以來(lái)的第一束激光，從而人們獲得了性質(zhì)和電史以來(lái)的第一束激光，從而人們獲得

3、了性質(zhì)和電磁波相似而頻率穩(wěn)定的光源，研究現(xiàn)代化光通信磁波相似而頻率穩(wěn)定的光源，研究現(xiàn)代化光通信時(shí)代也從此開始了，激光的英文簡(jiǎn)稱是時(shí)代也從此開始了，激光的英文簡(jiǎn)稱是“LASER”,意思是意思是“受激發(fā)射的光放大受激發(fā)射的光放大”。 1965年第一臺(tái)可產(chǎn)生的大功率激光器年第一臺(tái)可產(chǎn)生的大功率激光器二氧化二氧化碳激光器誕生。碳激光器誕生。1967年第一臺(tái)年第一臺(tái)X射線激光器研制射線激光器研制成功。成功。 1997年，美國(guó)麻省理工研究人員研制成功了原子年，美國(guó)麻省理工研究人員研制成功了原子激光器。激光器。5中國(guó)第一臺(tái)激光器（中國(guó)第一臺(tái)激光器（1961）什么是激光切割技術(shù)？什么是激光切割技術(shù)？定義：利用

4、聚焦后的激光束作為主要熱源的定義：利用聚焦后的激光束作為主要熱源的 熱切割方法。熱切割方法。應(yīng)用學(xué)科：機(jī)械工程（一級(jí)學(xué)科）；切削加應(yīng)用學(xué)科：機(jī)械工程（一級(jí)學(xué)科）；切削加工工藝與設(shè)備（二級(jí)學(xué)科）；特種加工工工工藝與設(shè)備（二級(jí)學(xué)科）；特種加工工藝（三級(jí)學(xué)科）藝（三級(jí)學(xué)科）激光的特點(diǎn)激光的特點(diǎn) 激光主要有四大特點(diǎn)激光主要有四大特點(diǎn) a:激光底高亮度，激光器的亮度更高可高激光底高亮度，激光器的亮度更高可高達(dá)達(dá)1011W/cm2。不僅如此，具有高亮度的。不僅如此，具有高亮度的光速經(jīng)透鏡聚集后，能在焦點(diǎn)產(chǎn)生數(shù)千度光速經(jīng)透鏡聚集后，能在焦點(diǎn)產(chǎn)生數(shù)千度乃至上萬(wàn)度的高溫，這就使其可能可加工乃至上萬(wàn)度的高溫，這就

5、使其可能可加工幾乎所有的材料。幾乎所有的材料。 b:激光的高方向性，能在有效的傳遞很長(zhǎng)激光的高方向性，能在有效的傳遞很長(zhǎng)的距離的同時(shí)，還沒(méi)，還能保證聚焦得到的距離的同時(shí)，還沒(méi)，還能保證聚焦得到極高的功率密度，極高的功率密度，這兩點(diǎn)都是激光加工的重要條件。這兩點(diǎn)都是激光加工的重要條件。c:激光的高單色性，由于激光的單色性較激光的高單色性，由于激光的單色性較高，從而能保證光束能精確的聚焦在焦點(diǎn)高，從而能保證光束能精確的聚焦在焦點(diǎn)上，得到很高的功率密度。上，得到很高的功率密度。d:激光的高相干性，相干性主要描述光波激光的高相干性，相干性主要描述光波各個(gè)部分的相位關(guān)系，正是激光具有如上各個(gè)部分的相位關(guān)

6、系，正是激光具有如上所述的奇異特性，因此在工業(yè)加工得到了所述的奇異特性，因此在工業(yè)加工得到了廣泛的應(yīng)用。廣泛的應(yīng)用?；驹砘驹?該技術(shù)采用激光束照射到鋼板表該技術(shù)采用激光束照射到鋼板表面時(shí)釋放的能量來(lái)使不銹鋼熔化并面時(shí)釋放的能量來(lái)使不銹鋼熔化并蒸發(fā)。激光源一般用二氧化碳激光蒸發(fā)。激光源一般用二氧化碳激光束，工作功率為束，工作功率為5002500瓦。該瓦。該功率的水平比許多家用電暖氣所需功率的水平比許多家用電暖氣所需要的功率還低，但是，通過(guò)透鏡和要的功率還低，但是，通過(guò)透鏡和反射鏡，激光束聚集在很小的區(qū)域。反射鏡，激光束聚集在很小的區(qū)域。能量的高度集中能夠進(jìn)行迅速局部能量的高度集中能夠進(jìn)行

7、迅速局部加熱，使不銹鋼蒸發(fā)。此外，由于加熱，使不銹鋼蒸發(fā)。此外，由于能量非常集中，所以，僅有少量熱能量非常集中，所以，僅有少量熱傳到鋼材的其它部分，所造成的變傳到鋼材的其它部分，所造成的變形很小或沒(méi)有變形。利用激光可以形很小或沒(méi)有變形。利用激光可以非常準(zhǔn)確地切割復(fù)雜形狀的坯料，非常準(zhǔn)確地切割復(fù)雜形狀的坯料，所切割的坯料不必再作進(jìn)一步的處所切割的坯料不必再作進(jìn)一步的處理。理。簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介 利用激光切割設(shè)備利用激光切割設(shè)備可切割可切割4mm以下的不以下的不銹鋼，在激光束中加銹鋼，在激光束中加氧氣可切割氧氣可切割20mm厚厚的碳鋼，但加氧切割的碳鋼，但加氧切割后會(huì)在切割面形成薄后會(huì)在切割面形成薄薄的氧化

8、膜。切割的薄的氧化膜。切割的最大厚度可增加到最大厚度可增加到20mm，但切割部件，但切割部件的尺寸誤差較大。的尺寸誤差較大。 激光切割技術(shù)優(yōu)點(diǎn)激光切割技術(shù)優(yōu)點(diǎn)l 切割質(zhì)量好切割質(zhì)量好 切口寬度窄（一般為切口寬度窄（一般為0.1-0.5m 激光切割工程激光切割工程m、精度高、精度高（一般孔中心距誤差（一般孔中心距誤差0.1-0.4mm，輪廓尺寸誤差，輪廓尺寸誤差0.1-0.5mm）、切口表面粗糙）、切口表面粗糙度好（一般度好（一般Ra為為12.5-25m），切縫一般不需要再加工即可焊接。），切縫一般不需要再加工即可焊接。l 切割速度快切割速度快 例如采用例如采用2KW激光功率，激光功率，8mm厚

9、的碳鋼切割速度為厚的碳鋼切割速度為1.6m/min；2mm厚的不銹鋼切割速度為厚的不銹鋼切割速度為3.5m/min，熱影響區(qū)小，變形極小。，熱影響區(qū)小，變形極小。l 清潔、安全、無(wú)污染清潔、安全、無(wú)污染 大大改善了操作人員的工作環(huán)境。大大改善了操作人員的工作環(huán)境。當(dāng)然就精度和切口表面粗糙度而言，當(dāng)然就精度和切口表面粗糙度而言，CO2激光切割不可能超過(guò)電激光切割不可能超過(guò)電加工；就切割厚度而言難以達(dá)到火焰和等離子切割的水平。但是加工；就切割厚度而言難以達(dá)到火焰和等離子切割的水平。但是就以上顯著的優(yōu)點(diǎn)足以證明：就以上顯著的優(yōu)點(diǎn)足以證明：CO2激光切割已經(jīng)和正在取代一部激光切割已經(jīng)和正在取代一部分傳

10、統(tǒng)的切割工藝方法，特別是各種非金屬材料的切割。它是發(fā)分傳統(tǒng)的切割工藝方法，特別是各種非金屬材料的切割。它是發(fā)展迅速，應(yīng)用日益廣泛的一種先進(jìn)加工展迅速，應(yīng)用日益廣泛的一種先進(jìn)加工 激光切割工程圖方法。激光切割工程圖方法。 概況概況 世界第一臺(tái)世界第一臺(tái)CO2激光切割機(jī)是二十世紀(jì)七十年激光切割機(jī)是二十世紀(jì)七十年代的誕生的。三十多年來(lái)，由于應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)代的誕生的。三十多年來(lái)，由于應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，大，CO2激光切割機(jī)不斷改進(jìn)，目前國(guó)際國(guó)內(nèi)已有激光切割機(jī)不斷改進(jìn)，目前國(guó)際國(guó)內(nèi)已有多家企業(yè)從事生產(chǎn)各種多家企業(yè)從事生產(chǎn)各種CO2激光切割機(jī)以滿足市場(chǎng)激光切割機(jī)以滿足市場(chǎng)的需求，有二維平板切割機(jī)、三維空

11、間曲線切割機(jī)、的需求，有二維平板切割機(jī)、三維空間曲線切割機(jī)、管子切割機(jī)等。國(guó)外知名企業(yè)有德國(guó)管子切割機(jī)等。國(guó)外知名企業(yè)有德國(guó)Trumpf公司、公司、意大利意大利Prima公司、瑞士公司、瑞士Bystronic公司、日本公司、日本Amada公司、公司、MAZAK公司、公司、NTC公司、澳大利亞公司、澳大利亞HG Laser Lab公司等。目前國(guó)內(nèi)能提供平板切割公司等。目前國(guó)內(nèi)能提供平板切割機(jī)的企業(yè)有上海團(tuán)結(jié)普瑞瑪公司、沈陽(yáng)普瑞瑪公司、機(jī)的企業(yè)有上海團(tuán)結(jié)普瑞瑪公司、沈陽(yáng)普瑞瑪公司、激光切割的工業(yè)應(yīng)用激光切割的工業(yè)應(yīng)用 濟(jì)南捷邁公司、武漢楚天公司等。濟(jì)南捷邁公司、武漢楚天公司等。根據(jù)美國(guó)激光工業(yè)應(yīng)用

12、權(quán)威雜志根據(jù)美國(guó)激光工業(yè)應(yīng)用權(quán)威雜志“Industrial Laser Industrial Laser Solution”2000Solution”2000年度報(bào)告統(tǒng)計(jì)：年度報(bào)告統(tǒng)計(jì)：19991999年全世界共銷售的激光切割年全世界共銷售的激光切割系統(tǒng)（主要是系統(tǒng)（主要是CO2CO2激光激光 切割系統(tǒng)）為切割系統(tǒng)）為33253325臺(tái)，共臺(tái)，共11.7411.74億億美元。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)中國(guó)目前每美元。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)中國(guó)目前每年生產(chǎn)年生產(chǎn)CO2CO2激光切割機(jī)近激光切割機(jī)近100100臺(tái)，臺(tái)，共共1.51.5億元人民幣。雖然激光切割億元人民幣。雖然激光切割的發(fā)展趨勢(shì)較快，但應(yīng)用水平與的發(fā)展趨勢(shì)較

13、快，但應(yīng)用水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比差距較大。至發(fā)達(dá)國(guó)家相比差距較大。至20032003年中國(guó)已在工業(yè)生產(chǎn)中使用的年中國(guó)已在工業(yè)生產(chǎn)中使用的CO2CO2激光切割系統(tǒng)累計(jì)已達(dá)激光切割系統(tǒng)累計(jì)已達(dá)500500臺(tái)左右，臺(tái)左右，約占全世界正運(yùn)行系統(tǒng)總量的約占全世界正運(yùn)行系統(tǒng)總量的1.5%1.5% 激光切割的產(chǎn)品的分類激光切割的產(chǎn)品的分類 第一類第一類 從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度不宜制造模具的金屬鈑金件，特別是從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度不宜制造模具的金屬鈑金件，特別是輪廓形狀復(fù)雜，批量不大，一般厚度；輪廓形狀復(fù)雜，批量不大，一般厚度；12mm的低碳鋼、；的低碳鋼、；6mm厚的不銹鋼，以節(jié)省制造模具的成本與周期。已采厚的不銹鋼，以節(jié)省制

14、造模具的成本與周期。已采用的典型產(chǎn)品有：自動(dòng)電梯結(jié)構(gòu)件、升降電梯面板、機(jī)床用的典型產(chǎn)品有：自動(dòng)電梯結(jié)構(gòu)件、升降電梯面板、機(jī)床及糧食機(jī)械外罩、各種電氣柜、開關(guān)柜、紡織機(jī)械零件、及糧食機(jī)械外罩、各種電氣柜、開關(guān)柜、紡織機(jī)械零件、工程機(jī)械結(jié)構(gòu)件、大電機(jī)硅鋼片等。工程機(jī)械結(jié)構(gòu)件、大電機(jī)硅鋼片等。 第二類第二類 裝飾、廣告、服務(wù)行業(yè)用的不銹鋼（一般厚度裝飾、廣告、服務(wù)行業(yè)用的不銹鋼（一般厚度3mm）或非金屬材料（一般厚度或非金屬材料（一般厚度20mm）的圖案、標(biāo)記、字體等。）的圖案、標(biāo)記、字體等。如藝術(shù)照相冊(cè)的圖案，公司、單位、賓館、商場(chǎng)的標(biāo)記，如藝術(shù)照相冊(cè)的圖案，公司、單位、賓館、商場(chǎng)的標(biāo)記，車站、碼

15、頭、公共場(chǎng)所的中英文字體。車站、碼頭、公共場(chǎng)所的中英文字體。 第三類第三類 要求均勻切縫的特殊零件。最廣泛應(yīng)用的典型零件是要求均勻切縫的特殊零件。最廣泛應(yīng)用的典型零件是包裝印刷行業(yè)用的模切版，它要求在包裝印刷行業(yè)用的模切版，它要求在20mm厚的木模板上厚的木模板上切出縫寬為切出縫寬為0.70.8mm的槽，然后在槽中鑲嵌刀片。使用的槽，然后在槽中鑲嵌刀片。使用時(shí)裝在模切機(jī)上，切下各種已印刷好圖形的包裝盒。國(guó)內(nèi)時(shí)裝在模切機(jī)上，切下各種已印刷好圖形的包裝盒。國(guó)內(nèi)近年來(lái)應(yīng)用的一個(gè)新領(lǐng)域是石油篩縫管。為了擋住泥沙進(jìn)近年來(lái)應(yīng)用的一個(gè)新領(lǐng)域是石油篩縫管。為了擋住泥沙進(jìn)入抽油泵，在壁厚為入抽油泵，在壁厚為69

16、mm的合金鋼管上切出的合金鋼管上切出0.3mm寬寬的均勻切縫，起割穿孔處小孔直徑不能的均勻切縫，起割穿孔處小孔直徑不能0.3mm，切割技術(shù)，切割技術(shù)難度大，已有不少單位投入生產(chǎn)。難度大，已有不少單位投入生產(chǎn)。 I:激光切割打標(biāo)一體機(jī)演示激光切割打標(biāo)一體機(jī)演示 加工視頻（流加工視頻（流暢）暢）_320 x240_2.00M_h.264.avi 國(guó)外除上述應(yīng)用外，還在不斷擴(kuò)展其應(yīng)用領(lǐng)域。國(guó)外除上述應(yīng)用外，還在不斷擴(kuò)展其應(yīng)用領(lǐng)域。 （1）采用三維激光切割系統(tǒng)或配置工業(yè)機(jī)器人，）采用三維激光切割系統(tǒng)或配置工業(yè)機(jī)器人，切割空間曲線，開發(fā)各種三維切割軟件，以加快切割空間曲線，開發(fā)各種三維切割軟件，以加快從

17、畫圖到切割零件的過(guò)程。從畫圖到切割零件的過(guò)程。 （2）為了提高）為了提高生產(chǎn)效率，研究開發(fā)各種專用切割系統(tǒng)，材料輸生產(chǎn)效率，研究開發(fā)各種專用切割系統(tǒng)，材料輸送系統(tǒng)，直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等，目前切割系統(tǒng)的送系統(tǒng)，直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等，目前切割系統(tǒng)的切割速度已超過(guò)切割速度已超過(guò)100m/min。 （3）為擴(kuò)展工）為擴(kuò)展工程機(jī)械、造船工業(yè)等的應(yīng)用，切割低碳鋼厚度已程機(jī)械、造船工業(yè)等的應(yīng)用，切割低碳鋼厚度已超過(guò)超過(guò)30mm，并特別注意研究用氮?dú)馇懈畹吞间摚⑻貏e注意研究用氮?dú)馇懈畹吞间摰墓に嚰夹g(shù)，以提高切割厚板的切口質(zhì)量。因此的工藝技術(shù)，以提高切割厚板的切口質(zhì)量。因此在中國(guó)擴(kuò)大在中國(guó)擴(kuò)大CO2激光切割的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域激光切割的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域,解決新解決新的應(yīng)用中一些技術(shù)難題仍然是工程技術(shù)人員的重的應(yīng)用中一些技術(shù)難題仍然是工程技術(shù)人員的重要課題。要課題。各類激光切割機(jī)激光設(shè)備切割布料激光的應(yīng)用激光的應(yīng)用 目前激光已經(jīng)廣泛應(yīng)用目前激光已經(jīng)廣泛應(yīng)用 激光焊接、激光打孔、激光切割、激光激光焊接、激光