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激光切割的基礎(chǔ)知識(shí)和廣闊前景

2024-07-19

  在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中,激光切割更被廣泛應(yīng)用于鈑金、塑料、玻璃、陶瓷、半導(dǎo)體、紡織品、木材和紙質(zhì)等材料加工。

  當(dāng)聚焦的激光束照到工件上時(shí),照射區(qū)域會(huì)急劇升溫以使材料熔化或者氣化。一旦激光束穿透工件,切割過(guò)程就開(kāi)始了:激光束沿著輪廓線移動(dòng),同時(shí)將材料熔化。通常會(huì)用一股噴射氣流將熔融物從切口吹走,在切割部分和板架間留下一條窄縫,窄縫幾乎與聚焦的激光束等寬。

  火焰切割是切割低碳鋼時(shí)采用的一種標(biāo)準(zhǔn)工藝,星空體育登錄采用氧氣作為切割氣體。氧氣加壓到高達(dá)6bar后吹進(jìn)切口。在那里,被加熱的金屬與氧氣發(fā)生反應(yīng):開(kāi)始燃燒和氧化。化學(xué)反應(yīng)釋放大量的能量(達(dá)到激光能量的五倍)輔助激光束進(jìn)行切割。

激光切割的基礎(chǔ)知識(shí)和廣闊前景(圖1)

  熔化切割是切割金屬時(shí)使用的另一種標(biāo)準(zhǔn)工藝。也可以用于切割其他可熔材料,例如陶瓷。

  采用氮?dú)饣蛘邭鍤庾鳛榍懈顨?,氣?~20bar的氣體吹過(guò)切口。氬氣和氮?dú)馐嵌栊詺怏w,這意味著它們不和切口中的熔化金屬發(fā)生反應(yīng),僅僅將它們向底部吹走。同時(shí),惰性氣體可以保護(hù)切割邊緣不被空氣氧化。

  壓縮空氣同樣可以用來(lái)切割薄板??諝饧訅旱?~6bar就足以吹走切口中的熔融金屬。由于空氣中接近80%都是氮?dú)?,因此壓縮空氣切割基本上屬于熔化切割。

  如果參數(shù)選擇恰當(dāng),等離子體輔助熔化切割切口中會(huì)出現(xiàn)等離子體云。等離子體云由電離的金屬蒸氣和電離的切割氣組成。等離子體云吸收CO2激光的能量并轉(zhuǎn)化進(jìn)工件,使更多的能量耦合到工件,材料會(huì)更快熔化,從而使切割速度更快。因此,這種切割過(guò)程也叫高速等離子體切割。等離子體云事實(shí)上相對(duì)于固體激光是透明的,因此等離子體輔助熔化切割只能使用 CO2激光。

激光切割的基礎(chǔ)知識(shí)和廣闊前景(圖2)

  氣化切割將材料蒸發(fā),盡可能減小了對(duì)周圍材料的熱效應(yīng)影響。采用連續(xù)CO2激光加工蒸發(fā)低熱量、高吸收的材料就可以達(dá)到上述效果,例如薄的塑料薄膜以及木材、紙、泡沫等不熔化的材料。超短脈沖激光使這項(xiàng)技術(shù)可以應(yīng)用于其他材料。金屬中的自由電子吸收激光并劇烈升溫。激光脈沖不與熔融的粒子和等離子體反應(yīng),材料直接升華,沒(méi)有時(shí)間將能量以熱量的形式傳給周圍材料。皮秒脈沖燒蝕材料時(shí)沒(méi)有明顯的熱效應(yīng),沒(méi)有熔化和毛刺形成。

激光切割的基礎(chǔ)知識(shí)和廣闊前景(圖3)

  有許多判定激光切割邊緣質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)。像毛刺形式、凹陷、紋路等標(biāo)準(zhǔn)可以用肉眼判定;垂直度、粗糙度和切口寬度等則需要采用專用儀器來(lái)測(cè)量。材料沉積,腐蝕,熱影響區(qū)域和變形也是衡量激光切割質(zhì)量的重要因素。

激光切割的基礎(chǔ)知識(shí)和廣闊前景(圖4)

  激光切割的持續(xù)成功,是其他大多數(shù)加工難以企及的。這種趨勢(shì)今天仍在繼續(xù)。在未來(lái),激光切割的應(yīng)用前景也將越來(lái)越廣闊。