激光切割基礎(chǔ)知識

激光切割基礎(chǔ)知識激光切割基礎(chǔ)知識激光切割基礎(chǔ)知識礎(chǔ)知識第一局部一、激光切割的原理激光切割是由電子放電作為供應(yīng)能源，經(jīng)過He、N2、CO2等混淆氣體為激發(fā)媒介，利用反射鏡組聚焦產(chǎn)生激光光束，進(jìn)而對資料進(jìn)行切割。激光切割的過程：在數(shù)控程序的激發(fā)和驅(qū)動下，激光發(fā)生器內(nèi)產(chǎn)生出特定模式和種類的激光，經(jīng)過光路系統(tǒng)傳遞到切割頭，并聚焦于工件表面，將金屬融化；同時,噴嘴從與光束平行的方向噴出協(xié)助氣體將熔渣吹走；在由程控的伺服電機(jī)驅(qū)動下，切割頭依照預(yù)約路線運(yùn)動，進(jìn)而切割出各樣形狀的工件。123451—激光器；2—激光束；3—全反射棱鏡；4—聚焦物鏡；5—工件；6—工作臺1：激光切割表示圖二、機(jī)床構(gòu)造SLCF-X15×40F數(shù)控激光切割機(jī)是意大利普瑞瑪〔PRIMA〕工業(yè)企業(yè)的主導(dǎo)機(jī)型——懸臂式飛翔光路構(gòu)造的激光切割機(jī)，加工板材尺寸為1500×4000毫米，配有互換工作臺?！惨弧吃摍C(jī)型的主要特色以下：懸臂式開式構(gòu)造，可從三個方向上下料，人機(jī)靠近性極好，可擱置超長超寬的板材?？膳矂邮角懈罟ぷ髋_與主機(jī)分離，柔性大?？杉友b焊接、切管等功能。精美傳動零件不在切割地區(qū)內(nèi)，防備簡單，也不會因?yàn)楣ぷ髋_及床身切割熱變形影響機(jī)床的精度。從根本上除去了電器雙邊同步鎖產(chǎn)生的偏差，防備了橫梁的扭動，使得光路穩(wěn)定，切割精度提升。配有高速的Z軸系統(tǒng)，同時可經(jīng)過數(shù)控系統(tǒng)控制協(xié)助氣體的壓力、流量等，大大提升了加工效率。新式的PM—智能化編程軟件，擁有蛙跳、共邊切割、優(yōu)化套排料、高效穿孔、尖角辦理等功能。擁有先進(jìn)的多腔分室除塵系統(tǒng)，比純真的抽風(fēng)系統(tǒng)除塵成效更高?！捕硻C(jī)床的構(gòu)造主要由以下幾局部構(gòu)成：1、床身所有光路布置在機(jī)床的床身上，床身上裝有橫梁、切割頭支架和切割頭工具，經(jīng)過特別的設(shè)計，除去在加工時期因?yàn)檩S的加快帶來的振動。機(jī)床底局部成幾個排氣腔室，當(dāng)切割頭位于某個排氣室上部時，閥門打開，廢氣被排出。經(jīng)過支架隔架，小工件和料渣落在廢物箱內(nèi)。2、工作臺挪動式切割工作臺與主機(jī)分離，柔性大，可加裝焊接、切管等功能。配有兩張米×4米的工作臺可供互換使用，當(dāng)一個工作臺在進(jìn)行切割加工的同時，另一張工作臺能夠同時進(jìn)行上下料操作，有效提升工作效率。兩個工作臺可經(jīng)過編程或按鈕自動互換。工作臺下方配有小車采集裝置，切割的小料及金屬粉末會合中采集在小車中。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英寸和英寸(主要用于割厚板)兩種。優(yōu)秀的切割質(zhì)量與噴嘴和工件的間距有關(guān)，本機(jī)切割頭使用德國PRECITEC企業(yè)生產(chǎn)的非接觸式電容傳感頭，在切割過程中可實(shí)現(xiàn)自動追蹤與修正工件表面與噴嘴的間距，調(diào)整激光焦距與板材的相對地點(diǎn)，以除去因被切割板材的不平坦對切割資料造成的影響。自動找準(zhǔn)資料的擺放地點(diǎn)〔紅光指示器〕。4、控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)包含數(shù)控系統(tǒng)〔集成可編程序控制器PLC〕、電控柜及操作臺。PMC-1200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)、電纜等構(gòu)成，采納全中文才做界面，"彩色液晶顯示器，能實(shí)現(xiàn)機(jī)外編程計算機(jī)與機(jī)床的控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸通信〔擁有232接口〕，擁有加快、突變限制；擁有圖形顯示功能，可對激光器的各樣狀態(tài)進(jìn)行在線和動向控制功能。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)轉(zhuǎn)模式。6、激光器采納原裝入口德國ROFIN企業(yè)SLAB3000W型激光發(fā)生器，是目前生界先進(jìn)的RF鼓舞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)猢p氦氣的混淆氣體，經(jīng)過渦輪機(jī)負(fù)氣體沿諧振腔的軸向高速運(yùn)動，氣體在前后兩個熱互換器中冷卻，以利于高壓單元將能量傳給氣體。7、冷卻設(shè)施冷卻激光器、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)，改良了工作環(huán)境。切割地區(qū)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)，加之全關(guān)閉的機(jī)床床身及分段除塵裝置，擁有較好的除塵成效。9、供氣系統(tǒng)包含氣源、過濾裝置和管路。氣源含瓶裝氣和壓縮空氣〔空氣壓縮機(jī)、冷干機(jī)〕?！踩吃O(shè)施的技術(shù)參數(shù)表1：激光切割機(jī)技術(shù)參數(shù)序號工程名稱參數(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±m(xù)m/m6X、Y軸重復(fù)定位精度±m(xù)m7X、Y軸最大定位速度100m/min8切割工作臺最大載重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)2：激光器技術(shù)參數(shù)激光束特征功率范圍〔W〕0-3000最大功率〔W〕3000長時間功率穩(wěn)固性公稱功率±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)固性〔毫弧度〕≤因子K〔公稱功率〕K＞偏振狀態(tài)45度線偏振光束模式00模式操作連續(xù)波、門脈沖脈沖參數(shù)脈沖重復(fù)頻次〔赫茲〕CW-5000最小脈沖周期〔微秒〕26脈沖寬度26um電、氣、冷卻電能耗費(fèi)〔千伏安〕工作耗電38KVA380V±10%，三相，50赫茲待機(jī)耗電最吝嗇體耗費(fèi)〔升/小時〕±2%H最大功率時〔氦氣65%，氮?dú)?0%，CO25%〕冷卻能力〔千瓦，環(huán)境溫度＜40度〕35壓縮空氣壓力〔巴〕＞4環(huán)境溫度范圍〔度〕5-30三、切割方法不同的資料，切割方法不相同，主要分為融化切割、氧化切割、氣化切割、導(dǎo)向斷裂切割等。表3：切割方法與對應(yīng)的資料序號

切割方法

對應(yīng)切割資料1

融化切割

不銹鋼、鋁2

氧化切割

碳鋼3氣化切割木材、碳素資料和某些塑料4導(dǎo)向斷裂切割陶瓷1、融化切割在激光融化切割中，工件資料在激光束的照耀下局部融化，融化的液態(tài)資料被氣體吹走，形成切縫，切割僅在液態(tài)下進(jìn)行，故稱為融化切割。切割時在與激光同軸的方向供應(yīng)高純度的不開朗氣體，協(xié)助氣體僅將融化金屬吹出切縫，不與金屬反應(yīng)。這類切割方法的激光功率密度在107W/cm2左右。激光光束配上高純惰性切割氣體促進(jìn)融化的資料走開割縫，而氣體自己不參于切割。最大切割速度跟著激光功率的增添而增添，跟著板材厚度的增添和資料融化溫度的增添而幾乎反比率地減小。在激光功率必定的狀況下，限制因數(shù)就是割縫處的氣壓和資料的熱傳導(dǎo)率。2、氧化切割與融化切割不同，激光氧化切割使用開朗的氧氣作為協(xié)助氣體。因?yàn)檠跖c已經(jīng)火熱了的金屬資料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，開釋出大批的熱，結(jié)果是資料進(jìn)一步被加熱。資料表面在激光束照耀下很快被加熱到燃點(diǎn)溫度，與氧氣發(fā)生強(qiáng)烈的焚燒反應(yīng)，放出大批熱量，在此熱量作用下，資料內(nèi)部形成充滿蒸汽的小孔，而小孔四周被融化的加工資料所包圍。焚燒物質(zhì)轉(zhuǎn)移成熔渣，控制氧和加工資料的焚燒速度，氧氣流速越高，焚燒化學(xué)反應(yīng)和去除熔渣的速度也越快?？墒牵偃缪鯕馑俣冗^快，將致使割縫出口處的反應(yīng)產(chǎn)物即金屬氧化物的快速冷卻，對切割質(zhì)量造成不利影響。切割過程存在兩個熱源：激光束照耀能和化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的熱能。據(jù)預(yù)計，切割碳鋼時，氧化反應(yīng)所產(chǎn)生的熱能占切割所需能量的60%。在氧化切割過程中，假如氧化焚燒的速度高于激光束挪動的速度，割縫將變寬且粗拙，反之，假如挪動速度慢，那么割縫窄而圓滑。3、氣化切割激光束焦點(diǎn)處功率密度特別高，可達(dá)106W/cm2以上，激光光能變換成熱能，保持在極小的范圍內(nèi)，資料很快被加熱至氣化溫度，局部資料氣化為蒸汽逸去，局部資料被協(xié)助氣體吹走，跟著激光束與資料之間的連續(xù)不停的相對運(yùn)動，便形成寬度很窄〔如〕的割縫。這類切割方法的功率密度在108W/cm2左右。一些不可以融化的資料如木材、碳素資料和某些塑料即經(jīng)過這類方法進(jìn)行切割。激光氧化切割在加工精美模型和尖角時是不好的〔有燒掉尖角的危險〕。能夠使用脈沖模式的激光來限制熱影響。所用的激光功率決定切割速度。在激光功率必定的狀況下，限制因數(shù)就是氧氣的供應(yīng)和資料的熱傳導(dǎo)率。4、導(dǎo)向斷裂切割關(guān)于簡單受熱破壞的脆性資料，經(jīng)過激光束加熱進(jìn)行高速、可控的切斷，稱為導(dǎo)向斷裂切割。這類切割過程主要內(nèi)容是：激光束加熱脆性資料小塊地區(qū)，惹起該地區(qū)大的熱梯度和嚴(yán)重的機(jī)械變形，致使資料形成裂痕。只需保持平衡的加熱梯度，激光束可指引裂痕在任何需要的方向產(chǎn)生。選擇切割方法，需考慮它們的特色和板件的資料，有時也要考慮切割的形狀。因?yàn)闅饣鄬θ诨枰嗟臒崃?，所以激光融化切割的速度比激光氣化切割的速度快，激光氧化切割那么借助氧氣與金屬的反應(yīng)熱使速度更快；同時，氧化切割的切縫寬，粗拙度高，熱影響區(qū)大所以切縫質(zhì)量相對較差，而融化切割割縫平坦，表面質(zhì)量高，氣化切割因沒有熔滴飛濺，切割質(zhì)量最好。此外，融化切割隨和化切割可獲取無氧化切縫，關(guān)于有特別要求的切割有重要意義。一般的資料可用氧化切割達(dá)成，假如要求表面無氧化，那么須選擇融化切割，氣化切割一般用于對尺寸精度和表面光潔度要求很高的狀況，故其速度也最低。此外，切割的形狀也影響切割方法，在加工精美的工件和尖利的角時，氧化切割可能是危險的，因?yàn)檫^熱會使渺小部位燒損。四、運(yùn)轉(zhuǎn)模式激光器常常運(yùn)轉(zhuǎn)在連續(xù)輸出模式，為了獲取最正確的切割質(zhì)量，關(guān)于給定的資料，有必需調(diào)整進(jìn)給速率，比如拐彎時的加快，減速和延時。所以，在連續(xù)輸出模式下，降低功率是不夠的，一定經(jīng)過變化脈沖來調(diào)整激光功率。表4：各樣不同的激光運(yùn)轉(zhuǎn)模式、應(yīng)用范圍和舉例．在連續(xù)模式下，激光輸出的功率是恒定的，這使得進(jìn)入板料的熱量比較平均，它合適于一般狀況下較快速的切割，一方面能夠提升工作效率，另一方面也是避免熱量集中致使熱影響區(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)，它能夠經(jīng)過限制在各點(diǎn)處的功率使進(jìn)入板料的熱量保持在相當(dāng)?shù)牡退剑M(jìn)而防備切縫邊沿的燒傷。因?yàn)樗目刂票容^復(fù)雜，所以效率不是很高，只在短時段內(nèi)使用。脈沖模式雖可細(xì)分為三種狀況，實(shí)質(zhì)上不過強(qiáng)度的差別，常常依據(jù)資料的特性和構(gòu)造的精度來選擇。五、激光切割的特色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)處抵達(dá)很高的功率密度。這光陰束輸入的熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出被資料反射、傳導(dǎo)或擴(kuò)散的局部，資料很快加熱至汽化程度，蒸發(fā)形成孔洞。跟著光束與資料相對線性挪動，使孔洞連續(xù)形成寬度很窄的切縫。切邊受熱影響很小，根本沒有工件變形。切割過程中還增添與被切資料相合適的協(xié)助汽體。碳鋼切割時利用氧作為協(xié)助汽體與熔融金屬產(chǎn)生放熱化學(xué)反應(yīng)氧化資料，同時幫助吹走割縫內(nèi)的熔渣。切割聚丙烯一類塑料使用壓縮空氣，棉、紙等易燃資料切割使用惰性汽體。進(jìn)入噴嘴的協(xié)助汽體還可以冷卻聚焦透鏡，防備煙塵進(jìn)入透鏡座內(nèi)污染鏡片并致使鏡片過熱。大部分有機(jī)與無機(jī)資料都能夠用激光切割。在工業(yè)制造系統(tǒng)占有份量很重的金屬加工業(yè)，很多金屬資料，不論它是什么樣的硬度，都能夠進(jìn)行無變形切割。自然，對高反射率資料，如金、銀、銅和鋁合金，它們也是好的傳熱導(dǎo)體，所以激光切割很困難，甚至不可以切割。激光切割無毛刺、皺折、精度高，優(yōu)于等離子切割。對很多機(jī)電制造行業(yè)來說，因?yàn)槲C(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，它常常比沖切、模壓工藝更被優(yōu)先采納；只管它加工速度還慢于模沖，但它沒有模具耗費(fèi)，不必維修模具，還節(jié)儉改換模具時間，進(jìn)而節(jié)儉了加工花費(fèi)，降低了生產(chǎn)本錢，所以從整體上考慮是更合算的。2、激光切割是一種高能量、密度可控性好的無接觸加工激光束聚焦后形成擁有極強(qiáng)能量的很小作用點(diǎn)，把它應(yīng)用于切割有很多特色。第一，激光光能變換成驚人的熱能保持在極小的地區(qū)內(nèi)，可供應(yīng)：〔1〕狹小的直邊割縫；〔2〕最小的周邊切邊的熱影響區(qū)；〔3〕極小的局部變形。其次，激光束對工件不施加任何力，它是無接觸切割工具，這就意味著：〔1〕工件無機(jī)械變形；〔2〕無刀具磨損，也談不上刀具的變換問題；〔3〕切割資料不必考慮它的硬度，也即激光切割能力不受被切資料的硬度影響，任何硬度的資料都能夠切割。再次，激光束可控性強(qiáng)，并有高的適應(yīng)性和柔性，因此：〔1〕與自動化設(shè)施相聯(lián)合很方便，簡單實(shí)現(xiàn)切割過程自動化；〔2〕因?yàn)椴淮嬖趯η懈罟ぜ南拗?，激光束擁有無窮的仿形切割能力；〔3〕與計算機(jī)聯(lián)合，可整張板排料，節(jié)儉資料。3、激光切割擁有寬泛的適應(yīng)性和靈巧性與其余慣例加工方法對比，激光切割擁有更大的適應(yīng)性。與其余熱切割方法對比，相同作為熱切割過程，其余方法不可以象激光束那樣作用于一個極小的地區(qū)，結(jié)果致使切口寬、熱影響區(qū)大和顯然的工件變形。激光能切割非金屬，而其余熱切割方法那么不可以。六、氣體參數(shù)的控制在實(shí)質(zhì)的激光切割過程中，還要有協(xié)助氣體的參加。協(xié)助氣體不只能夠?qū)⑷墼鼘?shí)時吹走，還起到冷卻工件和潔凈透鏡的作用，采納不同的協(xié)助氣體，更能夠改變切割的速度及割縫表面質(zhì)量，對特別金屬的切割擁有重要意義。影響氣體的參數(shù)包含氣體種類、氣體壓力和噴嘴直徑。協(xié)助氣體種類協(xié)助氣體種類有氧氣、空氣、氮?dú)夂蜌鍤?。氧氣合適于厚板切割、高速切割和極薄板切割；空氣合適于鋁板、非金屬及鍍鋅鋼板的切割，在必定程度上它可以減少氧化膜且節(jié)儉本錢；氮?dú)庾鳛榍懈顣r的保護(hù)氣體可防氧化膜發(fā)生，防備燃燒(在板料較厚時簡單發(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,依據(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。選擇壓力的依照有板料厚度、切割速度、融化金屬的粘度和激光功率。當(dāng)料厚較大，切速較快，金屬液體的粘度較高時,可采納高一些的壓力；相反，關(guān)于薄料、慢速切割或液態(tài)粘度小的金屬，那么可選擇合適的低壓。功率較大時合適增添氣體壓力對冷卻四周資料是有利的,它合用于有特別要求的場合。不論采納如何的壓力，其原那么都是在保證吹渣成效的前提下盡可能經(jīng)濟(jì)。噴嘴直徑噴嘴直徑的選用與氣體壓力的選擇原那么上是相同的,但它還與切割方法有關(guān)。關(guān)于以氧氣作為協(xié)助氣體的切割，因?yàn)榻饘俚姆贌?，割縫較寬，要想快速有效地吹走熔渣，得采納大直徑的噴嘴才行，關(guān)于采納脈沖切割的場合，割縫較小,不宜采納太大的噴嘴。有時噴嘴大小的選擇會與壓力選擇相矛盾,在不可以兩全的狀況,經(jīng)過調(diào)理噴嘴與切縫的距離也能起到必定的作用。常用的噴嘴直徑是和的。七、資料特征與激光加工的關(guān)系工件切割的結(jié)果可能是切縫潔凈，也可能相反，切縫底部掛渣或切縫上帶有燒痕，此中很大的一局部是由資料惹起的。影響切割質(zhì)量的要素有：合金成分、資料顯微構(gòu)造、表面質(zhì)量、表面辦理、反射率、熱導(dǎo)率、熔點(diǎn)及沸點(diǎn)。往常合金成分影響資料的強(qiáng)度﹑可焊性﹑高氧化性和耐腐化性，所以含碳量越高越難切割；晶粒渺小切縫質(zhì)量好；假如資料表面有銹蝕，或有氧化層，融化時因氧化層與金屬的性質(zhì)不同，使表面產(chǎn)生難熔的氧化物，也增添了熔渣，切縫會呈不規(guī)那么狀；表面粗造減少了反光度，提升熱效率，經(jīng)噴丸辦理后切割質(zhì)量要好很多。導(dǎo)熱率低那么熱量集中，效率高。所以，越是晶粒渺小、表面粗拙、無銹蝕、導(dǎo)熱率低的資料越簡單加工，而含碳量高、表面有鍍層或涂漆、反光率高的資料較難切割。含碳量高的金屬多屬于熔點(diǎn)比較高的金屬，因?yàn)殡y以融化，增添了切穿的時間。一方面，它使得割縫加寬，表面熱影響區(qū)擴(kuò)大，造成切割質(zhì)量的不穩(wěn)固；另一方面，合金成分含量高，使液態(tài)金屬的粘度增添，使飛濺和掛渣的比率提升，加工時對激光功率、氣吹壓力的調(diào)理都提出了更高的要求。鍍層和涂漆增強(qiáng)的光的反射，使熔融因難；同時，也增添了熔渣的產(chǎn)生。八、激光切割應(yīng)注意的問題前面剖析了激光切割最主要的幾個技術(shù)參數(shù)，它們決定了切割工藝的主要方面，但其實(shí)不是只需掌握了這就必定能加工出高質(zhì)量的產(chǎn)品，還有幾個問題是特別需要惹起注意的：1、切速的選擇激光切割的速度最大可達(dá)200—300mm/s，實(shí)質(zhì)加工時常常只有最大速的1/3—1/2，因?yàn)樗俣仍礁撸欧C(jī)構(gòu)的動向精度就越低，直接影響切割質(zhì)量。有實(shí)驗(yàn)說明，切割圓孔時，切速越高，孔徑越小，加工的孔圓度就越差。只有在長邊直線切割時才能夠使用最大速切割以提升效率。2、切割的引線和尾線在切割操作中，為了使割縫連接優(yōu)秀，防備始端和終點(diǎn)燒傷，常常在切割開始和結(jié)束處各引一段過渡線，分別稱作引線和尾線。引線和尾線對工件自己是沒實(shí)用的,所以要安排在工件范圍以外，同時注意不可以將引線設(shè)置在尖角等不易散熱處。引線與割縫的連結(jié)盡量采納圓弧過渡，使機(jī)器運(yùn)動安穩(wěn)并防備轉(zhuǎn)角停留造成燒傷。3、尖角的加工用走圓弧加工出鈍角若有可能，防備加工沒有圓弧的角。帶圓弧的角有以下利處：ａ〕軸運(yùn)動的動向性能好；ｂ〕熱影響區(qū)??；c〕產(chǎn)生的毛刺少。關(guān)于不帶圓角的邊角，能夠設(shè)定的最大部分徑是切縫寬度的一半。此時切割出來的邊角是沒有圓角的。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，建議使用圓孔成角法切割尖角，它有以下利處：ａ〕切割尖角時，軸向變化平均；ｂ〕切角時，切速恒定；ｃ〕防備了軸振動，防備毛刺生成；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法在厚板上切割尖角切割厚板時，假如還使用圓孔成角法，尖角四周會過熱，此時應(yīng)采納參數(shù):“Criticalangle,dwelltime〞來切割尖角，機(jī)器運(yùn)動到尖角處，停留特定的時間，而后持續(xù)轉(zhuǎn)向運(yùn)動。九、激光所用氣體激光所用氣體包含激光器工作和保護(hù)氣體以及切割協(xié)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)動光閘。激光器工作氣體由氦氣、氮?dú)?、二氧化碳?xì)怏w依照必定比率混淆，這個比率在工廠預(yù)約好，保證最正確性能，不要隨意調(diào)整，比率不妥，可能會造成激光系統(tǒng)的失效和高壓電源的傷害。激光器所用氣體均為高純度，均在%以上.切割協(xié)助氣體主假如N2或O2，有的資料切割能夠使用壓縮空氣作為切割協(xié)助氣體。N2切割的切割面比較光明；O2切割的切割面因?yàn)橘Y料被氧化而發(fā)黑。切割協(xié)助氣體的純度越高，切割面的質(zhì)量越好。表4：切割協(xié)助氣體氣體純度備注氮?dú)?氧氣%切合ISO8573-1壓縮空氣最大顆粒尺寸：5μm無油空壓機(jī)+冷凍乏味機(jī)〔辦理最大凝集物含量：5mg/m3量1m3/min〕最大油含量：m3第二局部激光切割工藝切割工藝與下述要素關(guān)系密切：激光模式激光功率焦點(diǎn)地點(diǎn)噴嘴高度噴嘴直徑協(xié)助氣體協(xié)助氣體純度協(xié)助氣體流量協(xié)助氣體壓力切割速度板材材質(zhì)板材表面質(zhì)量〔如生銹、異物等〕與切割有關(guān)的各工藝參數(shù)如以下列圖所示。光束直徑切割氣體種類透鏡焦距協(xié)助氣體壓力割嘴直徑割嘴相對板面距離資料表面焦點(diǎn)割縫寬圖4：切割工藝參數(shù)一、激光模式激光器的模式對切割影響很大，切割時要求抵達(dá)鋼板表面的模式較好。這與激光器自己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)的散布狀況稱為激光橫模。一般抽象地把橫?？醋骷す饽Ｊ健Ｓ梅朤EMmn表示各樣橫向模式。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)，稱為模式序數(shù)。以下列圖示出了幾種不同的激光束橫模的光斑。TEM00模又稱基模，其光斑中任何一點(diǎn)光強(qiáng)都不為零。假定光斑在x方向上有一點(diǎn)光強(qiáng)為零，稱為TEM10模；在y方向上有一點(diǎn)光強(qiáng)為零，稱為TEM01模。以此類推，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為多模。圖5：模式光斑上圖中，TEM00模，稱為基模。TEM*01模，是單環(huán)模，也叫準(zhǔn)基模。為了與TEM01區(qū)分，專門加上星號*。TEM01模與TEM10模其實(shí)可視為相同的模式，因?yàn)閄、Y軸本來就是人為區(qū)分的。下邊示出的是幾種模式的立體圖。6：TEM00模式立體圖圖7：TEM20模式立體圖圖8：TEM23模式立體圖圖9：多模二、焦點(diǎn)地點(diǎn)焦點(diǎn)地點(diǎn)是一個重點(diǎn)參數(shù)，應(yīng)正確調(diào)理焦點(diǎn)地點(diǎn)。焦點(diǎn)地點(diǎn)與切割面的關(guān)系焦點(diǎn)地點(diǎn)表示圖特色合用于5毫米以下薄碳鋼等。噴嘴〔切斷面〕零焦距切幅焦點(diǎn)在工件表面噴嘴負(fù)焦距

焦點(diǎn)在工件上表面，所以，切割圓滑，下表面那么不圓滑。鋁材、不銹鋼等工件采納這類方式?！睬袛嗝妗辰裹c(diǎn)在工件切幅表面下焦點(diǎn)在中央，偏下部所以光滑面范圍較大，切幅比零焦距的切幅寬，切割氣體流量較大，Zf的值，鎖緊切割頭。穿孔時間較零焦距為長。切割厚鋼板時采納〔一般使用氧氣〕。噴嘴正焦距厚鋼板切斷時，切斷用氧氣的氧化作用必焦點(diǎn)在工件須從上邊究竟面。因厚板之故切幅要寬，這樣切幅表面上的設(shè)定可得較寬的切幅。切斷面和瓦斯切斷類似，能夠說是用氧氣吹斷，所以斷面較粗拙。焦點(diǎn)地點(diǎn)對切切斷面的影響表面上表面上表面上焦點(diǎn)找尋焦點(diǎn)確立的方法和步驟：1〕取下噴嘴，Z軸降落，距板面2~3mm。2〕履行找尋焦點(diǎn)子程序1991?！睠ALL1991〕速率倍率設(shè)為100%。3〕挪動Y軸到劃痕最細(xì)處。4〕計算焦點(diǎn)地點(diǎn)Zf焦點(diǎn)地點(diǎn)為Zf=Z+Y×此中：Z——目前Z軸坐標(biāo)；Y——目前Y軸坐標(biāo)。5〕裝上噴嘴，將焦點(diǎn)微調(diào)調(diào)至刻度5。6〕手動切換到隨動。7〕調(diào)理焦點(diǎn)，使Z軸坐標(biāo)抵達(dá)此時焦點(diǎn)位于板面。三、噴嘴噴嘴形狀、噴嘴孔徑、噴嘴高度〔噴嘴出口與工件表面之間的距離〕等，均會影響切割的成效。圖10：噴嘴噴嘴的作用〔1〕防備熔漬等雜物往上反彈，穿過噴嘴，污染聚焦鏡片?！?〕控制氣體擴(kuò)散面積及大小，進(jìn)而控制切割質(zhì)量。圖11：沒有噴嘴時，氣體噴出的狀況圖12：有噴嘴時，氣體噴出的狀況噴嘴與切割質(zhì)量的關(guān)系噴嘴出口孔中心與激光束的同軸度是影響切割質(zhì)量好壞的重要要素之一，工件越厚，影響越大。當(dāng)噴嘴發(fā)生變形或有熔漬時，將直接影響同軸度。故噴嘴應(yīng)當(dāng)心保留，防備碰傷免得造成變形。噴嘴形狀和尺寸的制造精度高，安裝時應(yīng)注意方法正確。假如因?yàn)閲娮斓臓顩r不良，進(jìn)而需要要改變切割時的各項條件，那就不如改換新的噴嘴。假如噴嘴與激光不同軸，將對切割質(zhì)量產(chǎn)生以下影響。a．對切切斷面的影響以下列圖，當(dāng)協(xié)助氣體從噴嘴吹出時，肚量不平均，出現(xiàn)一邊有熔漬，另一邊沒有的現(xiàn)象。對切割3mm以下薄板時，它的影響較小，切割3mm以上時，影響較嚴(yán)重，有時沒法切透。激光左側(cè)吹肚量小

噴嘴右側(cè)吹肚量小圖13：同軸度對切切斷面的影響b．對尖角的影響工件有尖角或角度較小時，簡單產(chǎn)生過熔現(xiàn)象，厚板那么可能沒法切割。c．對穿孔的影響穿孔不穩(wěn)固，時間不易控制，對厚板會造成過熔，且穿透條件不易掌握。對薄板影響較小。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)整步驟以下：1〕在噴嘴的出口端面涂抹印泥〔一般以紅色為好〕，將不干膠帶貼在噴嘴出口端面上。以下列圖。白色不干膠帶14：調(diào)整同軸步驟12〕用10~20瓦的功率，手動打孔。3〕取下不干膠紙，注意保持其方向，以便與噴嘴相對比。4〕正常狀況下，不干膠紙上會留下一個黑點(diǎn)，是被激光燒損的。但假如噴嘴中心偏離激光束中心過大時，將沒法看到這個黑點(diǎn)〔激光束射到了噴嘴的壁上〕。圖15：噴嘴偏離太大〔5〕假如打出的中心點(diǎn)時大時小，請注意條件能否一致，聚焦鏡能否松動。正確`16：聚焦鏡松動6〕注意察看黑點(diǎn)偏離噴嘴中心的方向，調(diào)整噴嘴地點(diǎn)。圖17：調(diào)整噴嘴地點(diǎn)，與激光束同軸噴嘴孔徑孔徑大小對切割質(zhì)量和穿孔質(zhì)量有重點(diǎn)性的影響。假如噴嘴孔徑過大，切割時四周飛濺的融化物，可能穿過噴嘴孔，進(jìn)而濺污鏡片?？讖皆酱?，幾率越高，對聚焦鏡保護(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φ1、φ的差別厚板〔3mm以上〕噴嘴直徑薄板〔3mm以下〕切割功率較高，散熱時間較長，切割時間亦較長φ1切割面較細(xì)氣體擴(kuò)散面積小，不太穩(wěn)固，根本可用φ切割面會較粗，轉(zhuǎn)角地方易有氣體擴(kuò)散面積大，氣體流速較慢，切割溶漬時較穩(wěn)固噴嘴高度的調(diào)整噴嘴高度即噴嘴出口與工件表面之間的距離。此高度設(shè)定范圍在～之間，而切割時一般我們會設(shè)定在～，過低會致使噴嘴易碰撞到工件表面，過高會降低協(xié)助氣體的濃度和壓力，造成切割質(zhì)量降落。打孔時此高度要比切割高度略高，高度設(shè)定在～4mm,這樣有效防備打孔時所產(chǎn)生的飛濺物污染聚焦鏡。圖18：噴嘴高度圖19：電容傳感器控制盒調(diào)理EG495調(diào)理盒上帶刻度電位器，其刻度根本上代表噴嘴與板面之間的距離〔到10mm〕。比方，刻度為，噴嘴與板面之間的距離為左右。隨動傳感器隨動傳感器的調(diào)整，務(wù)必依照要領(lǐng)進(jìn)行。四、切割速度切割速度直接影響切口寬度和切口表面粗拙度。不同資料的板厚，不同的切割氣體壓力，切割速度有一個最正確值，這個最正確值約為最大切割速度的80％。速度過快假如切割速度過快，可能造成以下結(jié)果?？赡軟]法切透，火花亂噴。有些地區(qū)能夠切透，但有些地區(qū)沒法切透。整個斷面較粗，但不產(chǎn)生溶漬。切切斷面呈斜條紋路，且下半部產(chǎn)生溶漬。噴嘴協(xié)助氣體沒法即時切斷造成斜角熔漬圖20：速度過快速度太慢造成過熔，切斷面較粗拙。切縫變寬，尖角部位整個熔解。影響切割效率。確立合適的切割速度從切割火花判斷進(jìn)給速度能否增快或減慢1〕火花由上往下擴(kuò)散圖21：切割速度正常2〕火花假定傾斜時，那么說明切割速度太快。圖22：切割速度過快3〕火花體現(xiàn)不擴(kuò)散且少，齊集在一同，那么說明速度太慢。圖23：切割速度過慢進(jìn)給速度合適如圖，切割面體現(xiàn)較安穩(wěn)線條，且下半部無熔漬產(chǎn)生。圖24：切割速度正常五、切割協(xié)助氣體選擇切割協(xié)助氣體的種類和壓力時，宜從以下幾方面考慮：一般使用氧氣切割一般碳鋼，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)為相同，打孔時間設(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。切割低碳鋼板純度起碼%以上，切割12mm以上碳鋼板建議氧氣純度%以上。切割不銹鋼板氮?dú)饧兌葢?yīng)抵達(dá)%以上。氮?dú)饧兌仍礁?，切切斷面質(zhì)量越好。假如切割用氣體純度不合要求，不只影響切割的質(zhì)量，并且會造成鏡片的污染。熱熱1、協(xié)助氣體對切割質(zhì)量的影響〔1〕氣體有助于散熱及助燃，吹掉溶漬，改良切割面質(zhì)量?！?〕氣體壓力缺少時，對切割的影響a．切割面產(chǎn)生熔漬。b．切割速度沒法增快，影響效率?！?〕氣體壓力過高時，對切割質(zhì)量的影響a．氣流過大時，切割面較粗，且縫較寬。b．氣流過大時，造成切斷局部融化，沒法形成優(yōu)秀切割質(zhì)量。2、協(xié)助氣體對穿孔的影響〔1〕氣體壓力過低時，不易穿透，時間增添。〔2〕氣體壓力太高時，造成穿透點(diǎn)融化，形成大的融化點(diǎn)。所以薄板穿孔的壓力較高，厚板那么較低。3、切割有機(jī)玻璃時的協(xié)助氣體有機(jī)玻璃屬于易燃物，為了獲取透明光明的切割面，所以采納氮?dú)饣蚩諝猓枞?。假如采納氧氣，那么切割質(zhì)量不夠好。一定在切割時依據(jù)實(shí)質(zhì)狀況進(jìn)行選擇適合的壓力。氣體壓力越小，切割光明度越高，產(chǎn)生的毛斷面越窄。但氣體壓力過低，造成切割速度慢，板面下出現(xiàn)火苗，影響下表面質(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種類以及被切割資料的性質(zhì)。汽化切割所需要的激光功率最大，融化切割次之，氧氣切割最小。激光功率對切割厚度、切割速度和切口寬度等有很大影響。一般激光功率增大，所能切割資料的厚度也增添，切割速度加快，切口寬度也有所加大。激光功率對切割過程和質(zhì)量有決定性的影響。1．功率太小沒法切割圖25：功率太小2．功率過大，整個切割面融化圖26：功率過大3．功率缺少，切割后產(chǎn)生熔漬協(xié)助氣體圖27：功率缺少4．功率合適，切割面優(yōu)秀，無熔漬圖28：功率合適七、切割參數(shù)的總結(jié)切割成效取決于詳細(xì)的工藝參數(shù)，總結(jié)以下：輸出參數(shù)輸入?yún)?shù)切割邊沿的質(zhì)量系統(tǒng)參數(shù)切口寬度光路鏡片數(shù)目系統(tǒng)觀點(diǎn)激光束參數(shù)強(qiáng)度光斑尺寸工藝參數(shù)每單位長度的能量焦點(diǎn)地點(diǎn)氣體參數(shù)噴嘴參數(shù)資料參數(shù)資料特征資料的表面表5：激光切割主要參數(shù)參數(shù)內(nèi)容給定激光功率密度和資料，切割速度切合一個經(jīng)驗(yàn)公式，只需在閥值以上，材切料的切割速度與激光功率成正比，即增添功率密度，可提升切割速度，切割速度同割樣與被切割資料密度和厚度成反比，提升切割速度的要素:速(1)提升功率(500-3000w);度(2)改變光束模式;焦激光束聚光后光斑大小與透鏡焦長成正比，光束經(jīng)短焦長透鏡聚焦后光斑尺寸很點(diǎn)小，焦點(diǎn)處功率密度很高，對資料切割很有利，但它的不利以外是焦深很短，調(diào)理位余量很小，一般比較合用于高速切割薄材，關(guān)于厚工件，因?yàn)殚L焦長透鏡有較寬焦置深，只需擁有足夠功率密度，用來對它切割比較適合，因?yàn)榻裹c(diǎn)處功率密度最高，在大部分狀況下，切割時，焦點(diǎn)地點(diǎn)剛處于工件表面，或稍在工件表面之下，確保協(xié)助協(xié)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，對氣體非金屬和局部金屬資料，使用壓縮空氣或惰性氣體，去除熔解和蒸發(fā)資料，同時抑協(xié)助大部分金屬激光切割那么使用活性氣體〔氧氣〕，形成與灼熱金屬發(fā)生氧化放熱反氣體應(yīng)，這局部附帶熱量可提升切割速度1/3—1/2氣壓當(dāng)高速切割薄板材時，需要較高的氣體壓力防備切口反面沾渣，當(dāng)資料厚度或激光激光功率大小和模式利害都會對切割發(fā)生重要的影響，實(shí)質(zhì)操作時，常常設(shè)置輸出最大功率以獲取高的切割速度或用以切割較厚的資料。功率上表顯示了可能影響切割成效的參數(shù)的全局部要素，下表列出了切割參數(shù)的典型值，它們其實(shí)不合用于詳細(xì)的個案，但可用其作為參照，以找出正確的啟動參數(shù)。表6：DC030不銹鋼切割參數(shù)典型值資料厚度焦距焦點(diǎn)位激光器功切割速