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激光切割机的工艺分析

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在激光气化切割过程中,材料表面温度升至沸点温度的速度是如此之快,足以避免热传导造成的熔化,于是部分材料汽化成蒸汽消失,部分材料作为喷出物从切缝底部被辅助气体流吹走

  在激光气化切割过程中,材料表面温度升至沸点温度的速度是如此之快,足以避免热传导造成的熔化,于是部分材料汽化成蒸汽消失,部分材料作为喷出物从切缝底部被辅助气体流吹走。此情况下需要非常高的激光功率。

  为了防止材料蒸气冷凝到割缝壁上,材料的厚度一定不要大大超过激光光束的直径。该加工因而只适合于应用在必须避免有熔化材料排除的情况下。该加工实际上只用于铁基合金很小的使用领域。

  该加工不能用于,像木材和某些陶瓷等,那些没有熔化状态因而不太可能让材料蒸气再凝结的材料。另外,这些材料通常要达到更厚的切口。在激光气化切割中,最优光束聚焦取决于材料厚度和光束质量。激光功率和气化热对最优焦点位置只有一定的影响。在板材厚度一定的情况下,最大切割速度反比于材料的气化温度。所需的激光功率密度要大于108W/cm2,并且取决于材料、切割深度和光束焦点位置。在板材厚度一定的情况下,假设有足够的激光功率,最大切割速度受到气体射流速度的限制。

  在激光熔化切割中,工件被局部熔化后借助气流把熔化的材料喷射出去。因为材料的转移只发生在其液态情况下,所以该过程被称作激光熔化切割。

  激光光束配上高纯惰性切割气体促使熔化的材料离开割缝,而气体本身不参于切割。激光熔化切割可以得到比气化切割更高的切割速度。气化所需的能量通常高于把材料熔化所需的能量。在激光熔化切割中,激光光束只被部分吸收。最大切割速度随着激光功率的增加而增加,随着板材厚度的增加和材料熔化温度的增加而几乎反比例地减小。在激光功率一定的情况下,限制因数就是割缝处的气压和材料的热传导率。激光熔化切割对于铁制材料和钛金属可以得到无氧化切口。产生熔化但不到气化的激光功率密度,对于钢材料来说,在104W/cm2~105 W/cm2之间。

  熔化切割一般使用惰性气体,如果代之以氧气或其它活性气体,材料在激光束的照射下被点燃,与氧气发生激烈的化学反应而产生另一热源,使材料进一步加热,称为氧化熔化切割。

  由于此效应,对于相同厚度的结构钢,采用该方法可得到的切割速率比熔化切割要高。另一方面,该方法和熔化切割相比可能切口质量更差。实际上它会生成更宽的割缝、明显的粗糙度、增加的热影响区和更差的边缘质量。激光火焰切割在加工精密模型和尖角时是不好的(有烧掉尖角的危险)。可以使用脉冲模式的激光来限制热影响,激光的功率决定切割速度。在激光功率一定的情况下,限制因数就是氧气的供应和材料的热传导率。

  对于容易受热破坏的脆性材料,通过激光束加热进行高速、可控的切断,称为控制断裂切割。这种切割过程主要内容是:激光束加热脆性材料小块区域,引起该区域大的热梯度和严重的机械变形,导致材料形成裂缝。只要保持均衡的加热梯度,激光束可引导裂缝在任何需要的方向产生。

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