激光切割的主要工藝和運用價值

1、 激光切割的主要工藝和運用價值摘要隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，對于材料的切割要求會越來越高，這對切割的技術(shù)也就有著很高的要求。激光切割與傳統(tǒng)的切割方法相比，有著多方面的要求，正好符合這方面的要求。激光切割速度快和精度高以及對切割材料的性能影響小等優(yōu)點，正在廣泛的應(yīng)用于各個領(lǐng)域，而且在未來激光切割會扮演越來越重要的角色，其應(yīng)用的價值越來越得到人們的肯定。關(guān)鍵詞激光切割，工藝，應(yīng)用，價值前言激光切割是利用聚焦而成的高能量密度激光束將工件熔化或汽化, 并利用輔助氣體將熔化物或氧化物吹除而形成切口實現(xiàn)切割。激光切割時，能量以光的形式集中成一條高密度的光束，光束傳遞到工作表面，產(chǎn)生足夠的熱量，使材料熔化，加之與

2、光束同軸的高壓氣體直接除去熔隔金屬，從而達(dá)到切割的目的，這說明激光切割加工同機床的機械加工有著本質(zhì)的區(qū)別。它是利用從激光發(fā)生器發(fā)射出的激光束，經(jīng)外電路系統(tǒng)，聚焦成高功率密度的激光束照射條件，激光熱量被工件材料吸收，工件溫度急劇上升，到達(dá)沸點后，材料開始汽化并形成孔洞，隨著光束與工件相對位置的移動，最終使材料形成切縫。切縫時的工藝參數(shù)（切割速度，激光器功率，氣體壓力等）及運動軌跡均由數(shù)控系統(tǒng)控制，割縫處的熔渣被一定壓力的輔助氣體吹除。由于它可對不同材料進(jìn)行加工,因此對不同的切割所形成的機制是有區(qū)別的。由于它可以對不同材料進(jìn)行切割, 因此對不同材料的切割機制是有所區(qū)別的。 激光切割的主要工藝依據(jù)切

3、割原理，激光切割可以分為汽化切割、熔化切割、氧助熔化切割和控制斷裂切割四種加工工藝。.1 汽化切割汽化切割是在高功率密度激光束的加熱下，材料表面溫度升至沸點溫度的速度是非?？斓?，這就可以避免熱傳導(dǎo)而造成的熔化，于是部分材料汽化成消失，部分材料作為噴出物從切縫底部被輔助氣流吹走。一些不能熔化的材料，就是通過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)點并沖刷碎屑，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。這種方式切割一般需要較高的功率密度, 是熔化切割所需能量10 倍。該種方法適合加工不能熔化的木材、碳素和某些塑料。.2 熔化切

4、割熔化切割是在激光束加熱工件熔化時用與激光束同軸的輔助氣體將其吹落形成切縫。當(dāng)入射的激光束功率密度超過某一值后，光束照射點處材料內(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，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)或脈動地從縫內(nèi)被吹走。.3 氧化熔化切割氧助熔化切割是用氧氣代替熔化切割時的惰性氣體, 氧氣與高溫下的金屬反應(yīng)放出熱量加速了切割過程。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燃，與氧氣

5、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：材料表面在激光束的照射下很快被加熱到燃點溫度，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。燃燒物質(zhì)轉(zhuǎn)移成熔渣控制氧和金屬的燃燒速度，同時氧氣擴散通過熔渣到達(dá)點火前沿的快慢也對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，因為流速過快會導(dǎo)致切縫出口處反應(yīng)產(chǎn)物即金屬氧化物的快速冷卻，這對切割質(zhì)量也是不利的。氧化熔化切割過程存在著兩個熱源，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，切割鋼時，氧化反

6、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。在擁有兩個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速度，割縫顯得寬而粗糙。如果激光束移動的速度比氧的燃燒速度快，則所得切縫狹而光滑。.3 控制斷裂切割控制斷裂切割是用激光束加熱脆性材料的小塊區(qū)域引起熱梯度和嚴(yán)重的機械變形最終導(dǎo)致裂縫。對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

7、要的方向產(chǎn)生。 但需要注意的是，這種控制斷裂切割不適合切割銳角和角邊切縫。切割特大封閉外形也不容易獲得成功。控制斷裂切割速度快，不需要太高的功率，否則會引起工件表面熔化，破壞切縫邊緣。激光切割的運用價值比起其他傳統(tǒng)的切割方法，激光切割具有很多的優(yōu)點，正是因為這些優(yōu)點激光切割被廣泛的應(yīng)用于各個領(lǐng)域。激光切割的應(yīng)用價值也正是由其各種優(yōu)點所決定的。.1 激光切割的優(yōu)勢2.1.1 激光加工噪聲小 傳統(tǒng)的切割機在工作時具有很大的噪音，但激光切割機的噪音就小得多，這是傳統(tǒng)切割機床難以做到的。 2.1.2 切割斷面質(zhì)量好 切割材料的激光束是一種高能量高密度的熱源，它比電弧要高好幾個數(shù)量級。激光通過光學(xué)聚焦后

8、光斑直徑可達(dá)0.10.5，功率密度會比電弧更高；使被加工的材料會瞬間汽化而被切割。在用激光切割低碳鋼時，其切口的寬度可小于很小，切割面表面粗糙度只有十幾微米，切割零件的精度非常的高。因此，激光切割的零件因切口質(zhì)量好，經(jīng)常無需機械的再加工就可以直接使用。2.1.3 材料變形小再用激光切割材料時輸入的熱量在瞬間就可以將材料切割，因此被切割的材料變形會很小，而且被切割的材料各種性能受影響也會很小。由于激光束的功率密度極高，切割時熱影響的寬度是很小的，切口附近材料變形非常的小，其性能幾乎不受影響。2.1.4 切割效率高激光是可以通過光線或光學(xué)鏡片進(jìn)行傳導(dǎo)，因此切割過程的可完全實現(xiàn)數(shù)控。而且激光能夠切割

9、任意形狀的零件，既可作二維和三維切割，用激光切割材料的效率比傳統(tǒng)的切割方式要高的多。2.1.5 切割作用力小激光切割不同于機械切割，它的刀具只是激光束而已，因此沒有刀具的磨損。使用時也不用換不同規(guī)格的刀具，只需改變激光器的參數(shù)。加工過程中對被加工的材料無需施加壓力,這樣就可以較好地保持原有材料的表面質(zhì)量。不用磨損刀具，只需激光束在材料表面游走就可以對材料進(jìn)行切割，工件裝卡簡單、甚至不需要裝卡。.2 切割材料范圍廣 2.2.1 碳鋼激光切割碳鋼具有切縫小，對材料的性能影響小，切縫光滑，清潔和平滑,垂直度好等優(yōu)點。2.2.2 不銹鋼用氧助和高壓氮氣兩種切割方法切割不銹鋼可彌補其他加工方法的缺點，可

10、獲得較為理想的切割質(zhì)量。2.2.3 合金鈦合金比較易于吸收激光能量,比較好加工，但要注意它的過熱影響區(qū)。黃銅能部分地吸收激光束，在較大的激光功率下也可以切割, 但應(yīng)注意它的高反射會引起鏡片的燒傷。此為激光切割也可以對鋁合金進(jìn)行加工。2.2.4 非金屬的切割激光切割可以應(yīng)用于很多的非金屬材料，例如木材和塑料。但切割木材時是瞬間蒸發(fā)和燃燒，應(yīng)合理地調(diào)整功率和切割速度，加以輔助壓縮空氣，以免木材發(fā)生燃燒。激光切割可用來加工各種類型的木材和木材壓制的膠板等。激光也可對塑料進(jìn)行有效的切割，并可獲得較為理想的切縫。但必須要注意, 該材料屬易燃物質(zhì),并在切割時注意氣化后的有毒氣體對人的危害。.3 精細(xì)加工精

11、加工在工業(yè)加工中占得比例會越來越大，這是因為隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，產(chǎn)品不斷向小型化發(fā)展，需要越來越多的精細(xì)加工。在精加工中傳統(tǒng)的加工技術(shù)已經(jīng)無能為力，而激光加工技術(shù)和設(shè)備正在逐步地取代傳統(tǒng)方法和設(shè)備。例如在對薄鋼板的加工中，以往的工藝水平只能是粗加工。一般的機床很難勝任，如傳統(tǒng)的數(shù)控機床，銑、鏜加工中心等,加工范圍就不足，即使費力加工出來，成本又太高，而且遇上加工方孔時該類機床則顯得力不從心。其加工效率低，如線切割、電火花機床加工時間太長不容易達(dá)不到要求，如步?jīng)_機沖裁面總是有切痕或搭邊，薄板的表面極易變形，而且加工難度太大又很難保證質(zhì)量。所以加工此類工件最有效的方法就是應(yīng)用激光切割，由于它是

12、采用無接觸加工，表面質(zhì)量好，對材料表面不施加壓力，使工件不易變形,同時加工速度快，在加工薄板時能達(dá)到每分鐘數(shù)米,加工效率高，尤其是加工內(nèi)孔有小銳角的內(nèi)角件以及內(nèi)有不規(guī)則形狀的孔時，它會應(yīng)用自如。針對切割面積大、板材薄、表面質(zhì)量要求和幾何尺寸要求高，采用其他加工方式都很難實現(xiàn)，加工后的毛刺、以及表面的局部變形很難控制在要求以內(nèi)，尤其是加工不銹鋼對沖模的損害很大。激光切割機最適合作此類工作。采用特殊的加工工藝，合理地安排入光和切割路線，只需1個多小時就可完成該類工件的加工。加工后的工件不論從尺寸精度，還是表面質(zhì)量均能滿足用戶的要求。現(xiàn)已大量應(yīng)用于高精度定位的設(shè)備上。結(jié)語激光加工在整體上存在這些明顯的優(yōu)勢！不論是從精度、速度、還是費用上激光加工的優(yōu)勢都很明顯。而且在圖形變更上也比其他的加工方法容易的很多，由此可見激光切割是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)上不可缺少的一種加工手法。激光切割在工業(yè)企業(yè)的加工生產(chǎn)中,為國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到了