激光切割技術(shù)

時間：2020-05-25作者：無錫徐揚金屬材料有限公司瀏覽：753

激光切割技術(shù)有兩種： 一種是脈沖激光適用于金屬材料。*二種是連續(xù)激光適用于非金屬材料，后者是激光切割技術(shù)的重要應(yīng)用領(lǐng)域。激光切割機的幾項關(guān)鍵技術(shù)是光、機、電一體化的綜合技術(shù)。在激光切割機中激光束的參數(shù)、機器與數(shù)控系統(tǒng)的性能和精度都直接影響激光切割的效率和質(zhì)量。特別是對于切割精度較高或厚度較大的零件,必須掌握和解決以下幾項關(guān)鍵技術(shù)：焦點位置控制技術(shù)激光切割的優(yōu)點之一是光束的能量密度高,一般10W/cm2。由于能量密度與面積成反比，所以焦點光斑直徑盡可能的小，以便產(chǎn)生一窄的切縫;同時焦點光斑直徑還和透鏡的焦深成正比。聚焦透鏡焦深越小,焦點光斑直徑就越小。但切割有飛濺,透鏡離工件太近*將透鏡損壞，因此一般大功率CO2激光切割機工業(yè)應(yīng)用中廣泛采用5〃~7.5〃〞(127~190mm)的焦距。實際焦點光斑直徑在0.1~0.4mm之間。對于高質(zhì)量的切割,有效焦深還和透鏡直徑及被切材料有關(guān)。例如用5〃的透鏡切碳鋼,焦深為焦距的+2%范圍內(nèi),即5mm左右。因此控制焦點相對于被切材料表面的位置十分重要。顧慮到切割質(zhì)量、切割速度等因素,原則上6mm的金屬材料,焦點在表面上; 6mm的碳鋼,焦點在表面之上; 6mm的不銹鋼,焦點在表面之下。具體尺寸由實驗確定。在工業(yè)生產(chǎn)中確定焦點位置的簡便方法有三種：(1)打印法：使切割頭從上往下運動,在塑料板上進行激光束打印,打印直徑較小處為焦點。(2)斜板法：用和垂直軸成一角度斜放的塑料板使其水平拉動,尋找激光束的較小處為焦點。(3)藍色火花法：去掉噴嘴,吹空氣,將脈沖激光打在不銹鋼板上,使切割頭從上往下運動,直至藍色火花較大處為焦點。對于飛行光路的切割機,由于光束發(fā)散角,切割近端和遠端時光程長短不同,聚焦前的光束尺寸有一定差別。入射光束的直徑越大,焦點光斑的直徑越小。為了減少因聚焦前光束尺寸變化帶來的焦點光斑尺寸的變化,國內(nèi)外激光切割系統(tǒng)的制造商提供了一些**的裝置供用戶選用：(1)平行光管。這是一種常用的方法,即在CO2激光器的輸出端加一平行光管進行擴束處理,擴束后的光束直徑變大,發(fā)散角變小,使在切割工作范圍內(nèi)近端和遠端聚焦前光束尺寸接近一致。(2)在切割頭上增加一獨立的移動透鏡的下軸,它與控制噴嘴到材料表面距離(stand off)的Z軸是兩個相互獨立的部分。當機床工作臺移動或光軸移動時,光束從近端到遠端F軸也同時移動,使光束聚焦后光斑直徑在整個加工區(qū)域內(nèi)保持一致。如圖二所示。(3)控制聚焦鏡(一般為金屬反射聚焦系統(tǒng))的水壓。若聚焦前光束尺寸變小而使焦點光斑直徑變大時,自動控制水壓改變聚焦曲率使焦點光斑直徑變小。(4)飛行光路切割機上增加x、y方向的補償光路系統(tǒng)。即當切割遠端光程增加時使補償光路縮短;反之當切割近端光程減小時,使補償光路增加,以保持光程長度一致。

主要參數(shù)X,Y工作范圍：1300mm*2500mm切割聚焦鏡頭：F=80mm

較大激光輸出功率：500W

調(diào)繼沖頻率：$300Hz

電源脈沖寬度：0.5ms-2ms

激光器：雙燈鍍金聚光腔

切割接口卡：CNC 3000控制卡

切割軟件：適應(yīng)PLT,DXF等格式

制冷功率：4W

重復(fù)定位精度：±0.03/300mm

空程速度：0-20000mm/min

切割速度：0-15000mm/min

切割質(zhì)量切割精度是判斷數(shù)控激光切割機質(zhì)量好壞的**要素。影響數(shù)控激光切割機的切割精度的四大因素：1、激光發(fā)生器的激光凝聚的大小。聚集之后如果光斑非常小，則切割精度非常高，要是切割之后的縫隙也非常小。則說明激光切割機的精度非常之高，品質(zhì)則非常高。但激光器發(fā)出的光束為錐形，所以切出來的縫隙也是錐形。這種條件下，工件厚度越大，精度也就會越低，因此切縫越大。2、工作臺的精度。工作臺的精度如果非常高，則讓切割的精度也隨之提高。因此工作臺的精度也是衡量激光發(fā)生器精度的一個非常重要的因素。3、激光光束凝聚成錐形。切割時，激光光束是以錐形向下的，這時如果切割的工件的厚度非常大，切割的精度就會降低，則切出來的縫隙就會非常大。4、切割的材料不同，也會影響到激光切割機的精度。在同樣的情況下，切割不銹鋼和切割鋁其精度就會非常不同，不銹鋼的切割精度就會高一些，而且切面也會光滑一些。一般來說，激光切割質(zhì)量可以由以下6個標準來衡量。1.切割表面粗糙度Rz2.切口掛渣尺寸3.切邊垂直度和斜度u4.切割邊緣圓角尺寸r5.條紋后拖量n6.平面度F

切割穿孔切割穿孔技術(shù)：任何一種熱切割技術(shù),除少數(shù)情況可以從板邊緣開始外,一般都必須在板上穿一小孔。早先在激光沖壓復(fù)合機上是用沖頭先沖出一孔,然后再用激光從小孔處開始進行切割。對于沒有沖壓裝置的激光切割機有兩種穿孔的基本方法：(1)爆破穿孔：(Blast drilling)，材料經(jīng)連續(xù)激光的照射后在中心形成一凹坑,然后由與激光束同軸的氧流很快將熔融材料去除形成一孔。一般孔的大小與板厚有關(guān),爆破穿孔平均直徑為板厚的一半,因此對較厚的板爆破穿孔孔徑較大,且不圓,不宜在要求較高的零件上使用(如石油篩縫管),只能用于廢料上。此外由于穿孔所用的氧氣壓力與切割時相同,飛濺較大。(2)脈沖穿孔：(Pulse drilling)采用高峰值功率的脈沖激光使少量材料熔化或汽化,常用空氣或氮氣作為輔助氣體,以減少因放熱氧化使孔擴展,氣體壓力較切割時的氧氣壓力小。每個脈沖激光只產(chǎn)生小的微粒噴射,逐步深入,因此厚板穿孔時間需要幾秒鐘。一旦穿孔完成,立即將輔助氣體換成氧氣進行切割。這樣穿孔直徑較小,其穿孔質(zhì)量**爆破穿孔。為此所使用的激光器不但應(yīng)具有較高的輸出功率;較重要的時光束的時間和空間特性,因此一般橫流CO2激光器不能適應(yīng)激光切割的要求。此外，脈沖穿孔還須要有較可靠的氣路控制系統(tǒng),以實現(xiàn)氣體種類、氣體壓力的切換及穿孔時間的控制。在采用脈沖穿孔的情況下,為了獲得高質(zhì)量的切口,從工件靜止時的脈沖穿孔到工件等速連續(xù)切割的過渡技術(shù)應(yīng)以重視。從理論上講通?？筛淖兗铀俣蔚那懈顥l件：如焦距、噴嘴位置、氣體壓力等,但實際上由于時間太短改變以上條件的可能性不大。在工業(yè)生產(chǎn)中主要采用改變激光平均功率的辦法比較現(xiàn)實,具體方法有以下三種：(1)改變脈沖寬度;(2)改變脈沖頻率;(3)同時改變脈沖寬度和頻率。實際結(jié)果表明,*(3)種效果較好。

噴嘴設(shè)計噴嘴設(shè)計及氣流控制技術(shù)： 激光切割鋼材時,氧氣和聚焦的激光束是通過噴嘴射到被切材料處,從而形成一個氣流束。對氣流的基本要求是進入切口的氣流量要大,速度要高,以便足夠的氧化使切口材料充分進行放熱反應(yīng);同時又有足夠的動量將熔融材料噴射吹出。因此，除光束的質(zhì)量及其控制直接影響切割質(zhì)量外,噴嘴的設(shè)計及氣流的控制(如噴嘴壓力、工件在氣流中的位置等)也是十分重要的因素。激光切割用的噴嘴采用簡單的結(jié)構(gòu),即一錐形孔帶端部小圓孔(如圖4)。通常用實驗和誤差方法進行設(shè)計。由于噴嘴一般用紫銅制造,體積較小,是易損零件,需經(jīng)常更換,因此不進行流體力學(xué)計算與分析。在使用時從噴嘴側(cè)面通入一定壓力Pn(表壓為Pg)的氣體,稱噴嘴壓力,從噴嘴出口噴出,經(jīng)一定距離到達工件表面,其壓力稱切割壓力Pc,最后氣體膨脹到大氣壓力Pa。研究工作表明隨著Pn的增加,氣流流速增加,Pc也不斷增加。可用下列公式計算： V=8.2d2(Pg+1)V-氣體流速 L/mind-噴嘴直徑 mmPg-噴嘴壓力(表壓)bar對于不同的氣體有不同的壓力閾值,當噴嘴壓力**過此值時,氣流為正常斜激波,氣流速從亞音速向**音速過渡。此閾值與Pn、Pa比值及氣體分子的自由度(n)兩因素有關(guān)：如氧氣、空氣的n=5,因此其閾值Pn=1bar×(1.2)3.5=1.89bar。當噴嘴壓力較高Pn/Pa=(1+1/n)1+n/2時(Pn;4bar),氣流正常斜激波封變?yōu)檎げ?切割壓力Pc下降,氣流速度減低,并在工件表面形成渦流,削弱了氣流去除熔融材料的作用,影響了切割速度。因此采用錐孔帶端部小圓孔的噴嘴,其氧氣的噴嘴壓力常在3bar以下。為進一步提高激光切割速度,可根據(jù)空氣動力學(xué)原理,在提高噴嘴壓力的前提下不產(chǎn)生正激波,設(shè)計制造一種縮放型噴嘴,即拉伐爾(Laval)噴嘴。為方便制造可采用如圖4的結(jié)構(gòu)。德國漢諾威大學(xué)激光中心使用500WCO2激光器,透鏡焦距2.5〃,采用小孔噴嘴和拉伐爾噴嘴分別作了試驗,見圖4。試驗結(jié)果如圖5所示：分別表示NO2、NO4、NO5噴嘴在不同的氧氣壓力下,切口表面粗糙度Rz與切割速度Vc的函數(shù)關(guān)系。從圖中可以看出NO2小孔噴嘴在Pn為400Kpa(或4bar)時切割速度只能達到2.75m/min(碳鋼板厚為2mm)。NO4、NO5二種拉伐爾噴嘴在Pn為500Kpa到600Kpa時切割速度可達到3.5m/min和5.5m/min。應(yīng)指出的是切割壓力Pc還是工件與噴嘴距離的函數(shù)。由于斜激波在氣流的邊界多次反射,使切割壓力呈周期性的變化。**高切割壓力區(qū)緊鄰噴嘴出口,工件表面至噴嘴出口的距離約為0.5~1.5mm,切割壓力Pc大而穩(wěn)定,是工業(yè)生產(chǎn)中切割手扳常用的工藝參數(shù)。*二高切割壓力區(qū)約為噴嘴出口的3~3.5mm,切割壓力Pc也較大,同樣可以**好的效果,并有利于保護透鏡,提高其使用壽命。曲線上的其他高切割壓力區(qū)由于距噴嘴出口太遠,與聚焦光束難以匹配而無法采用。


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• 詞條

  詞條說明

• 激光

  激光是一種光，與其他自然光一樣，是由原子(分子或離子等)躍遷產(chǎn)生的。 但它與普通光不同是激光僅在較初較短的時間內(nèi)依賴于自發(fā)輻射，此后的過程完全由激輻射決定，因此激光具有非常**的顏色，幾乎無發(fā)散的方向性、較高的發(fā)光強度和高相干性。激光切割是應(yīng)用激光聚焦后產(chǎn)生的高功率密度能量來實現(xiàn)的。在計算機的控制下，通過脈沖使激光器放電，從而輸出受控的重復(fù)高頻率的脈沖激光，形成一定頻率，一定脈寬的光束，該脈沖激光

• 激光切割加工

  在激光切割中，需要用到輔助氣體，其作用是將熔渣及時吹走，還有就是對工作進行冷卻。所以說輔助氣體的選擇，會關(guān)系到切割速度以及割縫的表面質(zhì)量。 氣體壓力，一般有低壓和高壓之分。壓力的選擇，主要是根據(jù)板料厚度、切割速度以及激光功率等方面來選擇。如果金屬液體粘度高，那么可以選擇高壓力，如果板料比較薄、金屬液體粘度低，那么可以選擇低壓力。但不管選擇哪種壓力，那么先要保證的是經(jīng)濟性能。

• 激光加工與激光切割的區(qū)別有哪些?

  激光加工與激光切割的兩點區(qū)別激光切割與激光加工兩點區(qū)別 激光切割機一個行業(yè)里都熟悉的名詞，而他同時又是激光切割與激光加工都需要用到的工具，很多朋友就會有所疑問了，既然有激光切割這個概念了，何必需要激光加工呢? 首先，激光切割只是激光加工的一個動作概念。 這樣說，估計大家都能明白，因為激光切割只是眾多的激光加工服務(wù)，比如鈑金加工，金屬鏤空，不銹鋼制品加工等其中的統(tǒng)籌的工作，切割鈑金也是激光切割，不銹

• 激光切割加工

  板管一體激光切割機優(yōu)點：1、聚焦光斑較小，切割線條較精細，切口光滑，外觀美，無變形，工作效率較高，加工質(zhì)量較好。2、較高的穩(wěn)定性：采用的光纖激光器，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，采用固定光路，能量耗損小，切割質(zhì)量穩(wěn)定。3、一機多用，既能滿足客戶對平板的切割要求，也能滿足圓管及異型管（方鋼、扁鐵、槽鋼、方管）的切割，性價比較高。4、**的卡盤裝夾系統(tǒng)，卡盤自我調(diào)整中心，根據(jù)型材規(guī)格自動調(diào)整夾緊力大小，保證薄管裝