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無錫激光切割的工藝
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無錫激光切割是用聚焦的高功率密度激光束照射工件,使被照射的材料迅速熔化、汽化、燒蝕或達到燃點,同時熔化的材料被與光束同軸的高速氣流吹走,從而切割工件。激光切割是熱切割方法之一。

汽化切割

在高功率密度激光束的加熱下,材料表面溫度上升到沸點溫度的速度如此之快,以至于可以避免因熱傳導而熔化,于是一部分材料蒸發成蒸汽消失,一部分材料被輔助氣流以射流的形式從狹縫底部吹走。一些不可熔化的材料,如木材、碳材料和一些塑料,通過這種汽化切割方法被切割和形成。

在汽化切割過程中,蒸汽帶走熔化的顆粒和與之一起被沖走的碎屑,形成孔洞。在汽化過程中,大約40%的物質消失在蒸汽中,而60%的物質以液滴的形式被氣流驅走。

熔化切割

當入射激光束的功率密度超過一定值時,激光束照射點的材料內部開始蒸發,形成孔洞。一旦這個小孔形成,它將作為一個黑體吸收所有入射光束能量。小孔被熔融金屬壁包圍,然后孔周圍的熔融材料被與光束同軸的輔助氣流帶走。隨著工件的移動,小孔在切割方向上同步橫移,形成狹縫。激光束繼續沿著接縫的前邊緣照射,熔融材料被連續地或脈動地從接縫吹走。

氧化融化

熔化切割一般用惰性氣體。如果用氧氣或其他活性氣體代替,材料會在激光束的照射下被點燃,與氧氣反應產生另一種熱源,稱為氧化熔化切割。具體描述如下:

(1)材料表面在激光束的照射下迅速加熱到燃點溫度,然后與氧氣反應產生劇烈的燃燒反應,放出大量的熱量。在這種熱量的作用下,材料中形成充滿蒸汽的孔隙,孔隙的外圍被熔融金屬壁包圍。

⑵燃燒物質向爐渣的轉移控制著氧氣和金屬的燃燒速度,氧氣通過爐渣擴散到達點火前沿的速度對燃燒速度也有很大影響。氧氣流量越高,燃燒化學反應和除渣越快。當然,氧氣的流速越高越好,因為過高的流速會導致反應產物,即金屬氧化物在狹縫出口處快速冷卻,這也不利于切割質量。

⑶顯然,氧化熔化切割過程中有兩個熱源,即激光照射能和氧氣與金屬發生化學反應產生的熱能。據估計,切割鋼材時,氧化反應釋放的熱量約占切割所需總能量的60%。

顯然,與惰性氣體相比,使用氧氣作為輔助氣體可以獲得更高的切割速度。

⑷在雙熱源氧化熔化切割過程中,如果氧氣的燃燒速度高于激光束的移動速度,則狹縫顯得較寬且粗糙。如果激光束的移動速度比氧氣的燃燒速度快,狹縫窄而平滑。

控制斷裂

對于易受熱損傷的脆性材料,采用激光束加熱進行高速可控切割,稱為可控斷裂切割。這種切割工藝的主要內容是激光束加熱脆性材料的小區域,在該區域產生較大的熱梯度和嚴重的機械變形,導致材料產生裂紋。只要保持均勻的加熱梯度,激光束可以在任何期望的方向上引導裂紋。

需要注意的是,這種可控斷裂切割不適合切割銳角和轉角切口。切割超大閉合形狀不易成功??焖倏刂茢嗔亚邢魉俣?,不需要太高的功率,否則會造成工件表面熔化,破壞狹縫邊緣。主要控制參數是激光功率和光斑尺寸。

切割程序

1.交點位置檢測。激光切割前,需要根據材料調整光束焦點在工件上的位置。由于激光束,尤其是CO2氣體激光器,一般肉眼是看不到的,所以可以用楔形丙烯塊來檢測聚焦位置,然后調整割炬的高度,使聚焦在設定的位置。

2.穿刺操作要點。在20世紀的切割過程中,一些零件是從板的內部切割的,這需要首先在板上打孔。一種方法是用連續激光在薄板上打孔,用正常的輔助氣壓照射工件0.2~1s,即可切割工件。當工件較厚(如板厚2~4mm)時,會用正常氣壓打孔,在工件表面形成大尺寸的溶坑。不僅切割質量受到影響,而且熔融材料的飛濺也可能損壞透鏡或噴嘴。此時,輔助氣體的壓力應適當增加,同事應稍微增加噴嘴孔徑與工件之間的距離。這種方法的缺點是氣體流速增加,切割速度降低。

3.防止工件在尖角處燒傷。連續激光切割銳角零件時,如切削參數匹配或操作不當,容易在銳角的轉折處自燒,無法形成拐角處的銳角。這不僅惡化了該零件的質量,還影響了后續的切割。解決這一問題的方法是選擇合適的切割參數,脈沖激光切割時尖角不存在燒傷問題。

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