激光切割基礎(chǔ)知識

曉昀

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        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)體以及紡織品,、木材和紙質(zhì)等材料加工。

       激光切割在精密加工和微加工領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)獲得實(shí)質(zhì)的增長,。

• 激光切割
  

當(dāng)聚焦的激光束照到工件上時(shí),，照射區(qū)域會急劇升溫以使材料熔化或者氣化。一旦激光束穿透工件,，切割過程就開始了：激光束沿著輪廓線移動(dòng),，同時(shí)將材料熔化,。通常會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

火焰切割是切割低碳鋼時(shí)采用的一種標(biāo)準(zhǔn)工藝,，采用氧氣作為切割氣體。氧氣加壓到高達(dá) 6 bar 后吹進(jìn)切口,。在那里,，被加熱的金屬與氧氣發(fā)生反應(yīng)：開始燃燒和氧化�,；瘜W(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,。

圖1 激光束熔化工件，切割氣吹走切口中的熔融材料和熔渣

[backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.6)][backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.75)]熔化切割

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。

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采用氮?dú)饣蛘邭鍤庾鳛榍懈顨�,，氣�?2-20 bar 的氣體吹過切口,。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,。

[backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.6)][backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.75)]壓縮空氣切割

壓縮空氣同樣可以用來切割薄板,。空氣加壓到 5-6 bar 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。

/ D8 Y: @$ u9 H; s[backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.6)][backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.75)]等離子體輔助切割
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如果參數(shù)選擇恰當(dāng),，等離子體輔助熔化切割切口中會出現(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,，材料會更快熔化,，從而使切割速度更快。因此,，這種切割過程也叫高速等離子體切割,。

等離子體云事實(shí)上相對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,。

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[backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.75)]氣化切割
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氣化切割將材料蒸發(fā),，盡可能減小了對周圍材料的熱效應(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,。

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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)沒有明顯的熱效應(yīng),，沒有熔化和毛刺形成。

圖3 氣化切割：激光使材料蒸發(fā),，燃燒,。蒸氣的壓強(qiáng)使熔渣從切口排出

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參數(shù)：調(diào)整加工過程

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許多參數(shù)影響激光切割過程，其中一些取決于激光器和機(jī)床的技術(shù)性能,，而另一些是變化的,。

9 U/ x  V: A, V# k) Y' w4 \/ `. E[backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.6)][backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.75)]偏振度
( b$ O; O3 M# o/ J" [: ?偏振度表明多少百分比的激光被轉(zhuǎn)換。典型的偏振度一般在 90% 左右,。這對于高質(zhì)量的切割已經(jīng)足夠了,。
[backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.6)][backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.75)]焦點(diǎn)直徑
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焦點(diǎn)直徑影響切口寬度，可以通過改變聚焦鏡的焦距改變焦點(diǎn)直徑,。更小的焦點(diǎn)直徑意味著更窄的切口,。

/ @0 W! p) B+ ?[backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.6)][backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.75)]焦點(diǎn)位置
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焦點(diǎn)位置決定了工件表面上的光束直徑和功率密度以及切口的形狀。

圖4 焦點(diǎn)位置：工件內(nèi)部,，工件表面和工件上方

[backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.6)][backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.75)]激光功率
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激光功率應(yīng)和加工類型,、材料種類和厚度相匹配。功率必須足夠高以至于工件上的功率密度超出加工閾值,。

圖5 更高的激光功率可以切割更厚的材料

[backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.6)][backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.75)]工作模式

連續(xù)模式主要用于切割毫米到厘米尺寸的金屬和塑料的標(biāo)準(zhǔn)輪廓,。而為了熔化穿孔或者產(chǎn)生精密的輪廓，則采用低頻的脈沖激光,。

[backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.6)][backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.75)]切割速度

激光功率和切割速度必須互相匹配,。太快或者太慢的切割速度都會導(dǎo)致粗糙度的增加和毛刺的形成,。

圖6 切割速度隨著板材厚度增加而降低

[backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.6)][backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.75)]噴嘴直徑
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噴嘴的直徑?jīng)Q定了從噴嘴中噴出的氣體流量和氣流形狀。材料越厚,，氣體噴流的直徑也要越大,，相應(yīng)地，噴嘴口的直徑也要增大,。

( Z" m4 X$ a) F" D[backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.6)][backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.75)]氣體純度和氣壓
8 z2 ]& }7 \; R$ [氧氣和氮?dú)饨?jīng)常用作切割氣體,。氣體的純度和氣壓影響切割效果。
采用氧氣火焰切割時(shí),，氣體純度需達(dá)到 99.95 %,。鋼板越厚，采用的氣體氣壓越低,。
采用氮?dú)馊刍�切割時(shí),，氣體純度需要達(dá)到 99.995 %（理想情況是 99.999 %）,，熔化切割厚鋼板時(shí)需要更高的氣壓,。
[backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.6)][backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.75)]技術(shù)參數(shù)表
+ C. l  `, w8 P- G) X$ v) y在激光切割早期，使用者必須通過試運(yùn)轉(zhuǎn)自行決定加工參數(shù)的設(shè)置�,，F(xiàn)在,，成熟的加工參數(shù)被存儲在切割系統(tǒng)的控制裝置中。對于每一種材料類型和厚度,，都有對應(yīng)的數(shù)據(jù),。技術(shù)參數(shù)表使得即使不熟悉這種技術(shù)的人也能順利操作激光切割設(shè)備。

激光切割質(zhì)量評價(jià)因素

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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測量。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

1 b- z8 M/ d! A0 r9 _1 j* F圖7 好的切割，壞的切割,。評價(jià)切割邊緣質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)
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廣闊的前景

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

蛋蛋超人

頂,，????學(xué)會了

晨曦yzm

學(xué)習(xí)了，謝謝分享

babty

這么專業(yè)
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zhj710603914

學(xué)習(xí)了

幸福四葉草

非常好,，正好需要用上

北冥鳥的天空

我去,，這東西專業(yè)，就是看著費(fèi)勁,，夠我學(xué)一周的了
# l. P( V) Z* B' \: Y7 m
1 I& _. u, F+ {6 C  A謝謝啦

會說謊的小先生

謝謝,，學(xué)習(xí)了

進(jìn)來看看呀

謝謝，學(xué)習(xí)了

電氣學(xué)徒2

謝謝分享,。