激光切割技術(shù)

關(guān)于激光切割技術(shù)第一頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日激光的發(fā)展史“受激1917年愛(ài)因斯坦提出輻射”的概念，奠定了激光的理論基礎(chǔ)。1958年美國(guó)科學(xué)家肖洛和湯斯發(fā)現(xiàn)了一種奇怪的現(xiàn)象，當(dāng)他們將閃光燈泡嗦發(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)出鮮艷的，始終會(huì)聚在一起的強(qiáng)光，由此他們提出了“激光原理”，受第二頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日激輻射可以得到一種單色性、亮度有很高的新型光源。1958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，奠定了激光發(fā)展的基礎(chǔ)。第三頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日1960年7月8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(kāi)始了，激光的英文簡(jiǎn)稱是“LASER”,意思是“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——二氧化碳激光器誕生。1967年第一臺(tái)X射線激光器研制成功。1997年，美國(guó)麻省理工研究人員研制成功了原子激光器。第四頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日5中國(guó)第一臺(tái)激光器（1961）第五頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日什么是激光切割技術(shù)？定義：利用聚焦后的激光束作為主要熱源的熱切割方法。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）第六頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日激光的特點(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達(dá)1011W/cm2Sr。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)千度乃至上萬(wàn)度的高溫，這就使其可能可加工幾乎所有的材料。b:激光的高方向性，能在有效的傳遞很長(zhǎng)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，第七頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日這兩點(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。d: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，正是激光具有如上所述的奇異特性，因此在工業(yè)加工得到了廣泛的應(yīng)用。第八頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日基本原理該技術(shù)采用激光束照射到鋼板表面時(shí)釋放的能量來(lái)使不銹鋼熔化并蒸發(fā)。激光源一般用二氧化碳激光束，工作功率為500～2500瓦。該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)一步的處理。第九頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日簡(jiǎn)介利用激光切割設(shè)備可切割4mm以下的不銹鋼，在激光束中加氧氣可切割20mm厚的碳鋼，但加氧切割后會(huì)在切割面形成薄薄的氧化膜。切割的最大厚度可增加到20mm，但切割部件的尺寸誤差較大。第十頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日激光切割技術(shù)優(yōu)點(diǎn)切割質(zhì)量好

切口寬度窄（一般為0.1--0.5m激光切割工程m、精度高（一般孔中心距誤差，輪廓尺寸誤差）、切口表面粗糙度好（一般Ra為12.5--25μm），切縫一般不需要再加工即可焊接。切割速度快

例如采用2KW激光功率，8mm厚的碳鋼切割速度為1.6m/min；2mm厚的不銹鋼切割速度為3.5m/min，熱影響區(qū)小，變形極小。清潔、安全、無(wú)污染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，CO2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)加工激光切割工程圖方法。第十一頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日

激光切割的工業(yè)應(yīng)用切割系統(tǒng)）為3325臺(tái)，共11.74億美元。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)中國(guó)目前每年生產(chǎn)CO2激光切割機(jī)近100臺(tái)，共1.5億元人民幣。雖然激光切割的發(fā)展趨勢(shì)較快，但應(yīng)用水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比差距較大。至2003年中國(guó)已在工業(yè)生產(chǎn)中使用的CO2激光切割系統(tǒng)累計(jì)已達(dá)500臺(tái)左右，約占全世界正運(yùn)行系統(tǒng)總量的1.5%概況世界第一臺(tái)CO2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)大，CO2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CO2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)Trumpf公司、意大利Prima公司、瑞士Bystronic公司、日本Amada公司、MAZAK公司、NTC公司、澳大利亞HGLaserLab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、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)用權(quán)威雜志“IndustrialLaserSolution”2000年度報(bào)告統(tǒng)計(jì)：1999年全世界共銷(xiāo)售的激光切割系統(tǒng)（主要是CO2激光第十二頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日

激光切割系統(tǒng)的購(gòu)置單位：一類是大中型制造企業(yè)，這些企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品中有大量板材需要下料、切料，并且具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)實(shí)力；另一類單位是加工站（國(guó)外稱JobShop）,加工站是專門(mén)對(duì)外承接激光加工業(yè)務(wù)的，自身無(wú)主導(dǎo)產(chǎn)品。它的存在一方面可滿足一些中小企業(yè)加工的需要；一方面在初期對(duì)推廣應(yīng)用激光切割技術(shù)起到宣傳示范的作用。1999年美國(guó)全國(guó)共有激光加工站2700家，其中51%從事激光切割工作八十年代中國(guó)激光加工站主要從事激光熱處理工作，九十年代后，激光切割及攻站逐步增加。在此基礎(chǔ)上隨著中國(guó)大中型企業(yè)體制改革的深入和經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增強(qiáng)，越來(lái)越多的企業(yè)將采用CO2激光切割技術(shù)。從目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用情況分析，CO2激光切割廣泛應(yīng)用于12mm厚的低碳鋼板；6mm厚的不銹鋼板及；20mm厚的非金屬材料。對(duì)于三維空間曲線的切割，在汽車(chē)、航空工業(yè)中也開(kāi)始獲得了應(yīng)用。第十三頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日第十四頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日

激光切割的產(chǎn)品的分類第一類從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度不宜制造模具的金屬鈑金件，特別是輪廓形狀復(fù)雜，批量不大，一般厚度；12mm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(kāi)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。第二類裝飾、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20mm）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，車(chē)站、碼頭、公共場(chǎng)所的中英文字體。第十五頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日第三類要求均勻切縫的特殊零件。最廣泛應(yīng)用的典型零件是包裝印刷行業(yè)用的模切版，它要求在20mm厚的木模板上切出縫寬為0.7~0.8mm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)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6~9mm的合金鋼管上切出0.3mm寬的均勻切縫，起割穿孔處小孔直徑不能0.3mm，切割技術(shù)難度大，已有不少單位投入生產(chǎn)。第十六頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日國(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，切割空間曲線，開(kāi)發(fā)各種三維切割軟件，以加快從畫(huà)圖到切割零件的過(guò)程。（2）為了提高生產(chǎn)效率，研究開(kāi)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)的切割速度已超過(guò)100m/min。（3）為擴(kuò)展工程機(jī)械、造船工業(yè)等的應(yīng)用，切割低碳鋼厚度已超過(guò)30mm，并特別注意研究用氮?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。因此在中國(guó)擴(kuò)大CO2激光切割的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域,解決新的應(yīng)用中一些技術(shù)難題仍然是工程技術(shù)人員的重要課題。第十七頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日各類激光切割機(jī)第十八頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日激光設(shè)備第十九頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日切割布料第二十頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日激光的應(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、激光淬火、激光熱處理、激光熔覆、激光表面改性、激光打標(biāo)、玻璃內(nèi)雕、激光微調(diào)、激光制膜、激光薄膜加工、激光光刻、激光封裝、激光修復(fù)電路、激光布線技術(shù)、激光清洗等。

第二十一頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日22激光全息防偽人民幣（建國(guó)50周年紀(jì)念幣）第二十二頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日23激光內(nèi)雕技術(shù)——將脈沖強(qiáng)激光在透明體內(nèi)部聚焦，產(chǎn)生微米量級(jí)大小的汽化