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| | 激光切割原理、分类及特点 | （1）激光切割的原理 % g8 ?* K* O7 b) H0 Z& @
激光切割是利用经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、烧蚀或达到燃点，同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，从而实现将工件割开。激光切割属于热切割方法之一。激光切割的原理见下图。 ; v( ?, y; o$ U+ R2 r; h; r; i
2 i& Q- b: k$ g3 C7 N N3 E（2）激光切割的分类 9 \7 C4 B/ s( M* G! g' }
激光切割可分为激光汽化切割、激光熔化切割、激光氧气切割和激光划片与控制断裂四类。 . \8 U7 [: q7 s' ]+ E# b" z: I
1）激光汽化切割 ) c3 c6 t8 `& c$ l
利用高能量密度的激光束加热工件，使温度迅速上升，在非常短的时间内达到材料的沸点，材料开始汽化，形成蒸气。这些蒸气的喷出速度很大，在蒸气喷出的同时，在材料上形成切口。材料的汽化热一般很大，所以激光汽化切割时需要很大的功率和功率密度。
: l3 |7 M9 O+ F9 v& f! g激光汽化切割多用于极薄金属材料和非金属材料（如纸、布、木材、塑料和橡皮等）的切割。
& V( _% P, U, r2 I- `& o/ E/ s2）激光熔化切割 ! B- j/ c0 I; M" E7 f5 E/ i
激光熔化切割时，用激光加热使金属材料熔化，然后通过与光束同轴的喷嘴喷吹非氧化性气体（Ar、He、N等），依靠气体的强大压力使液态金属排出，形成切口。激光熔化切割不需要使金属完全汽化，所需能量只有汽化切割的1/10。
2 o2 E6 k( q5 n激光熔化切割主要用于一些不易氧化的材料或活性金属的切割，如不锈钢、钛、铝及其合金等。
% Z1 b, `, j8 n# X9 b# y3）激光氧气切割 & D4 {. t3 }6 p8 ]+ m
激光氧气切割原理类似于氧乙炔切割。它是用激光作为预热热源，用氧气等活性气体作为切割气体。喷吹出的气体一方面与切割金属作用，发生氧化反应，放出大量的氧化热；另一方面把熔融的氧化物和熔化物从反应区吹出，在金属中形成切口。由于切割过程中的氧化反应产生了大量的热，所以激光氧气切割所需要的能量只是熔化切割的1/2，而切割速度远远大于激光汽化切割和熔化切割。
( N- B0 j$ e# m0 ~3 d激光氧气切割主要用于碳钢、钛钢以及热处理钢等易氧化的金属材料。
8 w7 R; O: t5 N% d4）激光划片与控制断裂 / S. d5 S6 P, u8 z- Y
激光划片是利用高能量密度的激光在脆性材料的表面进行扫描，使材料受热蒸发出一条小槽，然后施加一定的压力，脆性材料就会沿小槽处裂开。激光划片用的激光器一般为Q开关激光器和CO2激光器。 . |0 F1 O1 z. ^8 Y
控制断裂是利用激光刻槽时所产生的陡峭的温度分布，在脆性材料中产生局部热应力，使材料沿小槽断开。 / {- J5 @8 F3 ?5 w7 {( y& R; M- W
" d O8 @3 ?9 \" l& l激光切割的特点
/ P5 i" i8 Q; X' G激光切割与其他热切割方法相比较，总的特点是切割速度快、质量高。具体概括为如下几个方面。
. j2 O* l' K1 F4 }& ~⑴ 切割质量好 8 B4 |& C/ M0 j1 [8 j( X
由于激光光斑小、能量密度高、切割速度快，因此激光切割能够获得较好的切割质量。 ( ^& Z( B0 u) F1 D. M" {" ^
① 激光切割切口细窄，切缝两边平行并且与表面垂直，切割零件的尺寸精度可达±0.05mm。
! ?- p4 c+ ] s' C! l3 R- B- n' }% }② 切割表面光洁美观，表面粗糙度只有几十微米，甚至激光切割可以作为最后一道工序，无需机械加工，零部件可直接使用。 7 M& r; U: B! e0 h- I' ?0 u# o
③ 材料经过激光切割后，热影响区宽度很小，切缝附近材料的性能也几乎不受影响，并且工件变形小，切割精度高，切缝的几何形状好，切缝横截面形状呈现较为规则的长方形。激光切割、氧乙炔切割和等离子切割方法的比较见表1，切割材料为6.2mm厚的低碳钢板。
4 n# H0 w9 v$ b3 [+ U8 ?⑵ 切割效率高 # ]! v# @, F# ], A
由于激光的传输特性，激光切割机上一般配有多台数控工作台，整个切割过程可以全部实现数控。操作时，只需改变数控程序，就可适用不同形状零件的切割，既可进行二维切割，又可实现三维切割。
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⑶ 切割速度快
$ K! R2 _+ V% h8 z0 E$ \用功率为1200W的激光切割2mm厚的低碳钢板，切割速度可达600cm/min；切割5mm厚的聚丙烯树脂板，切割速度可达1200cm/min。材料在激光切割时不需要装夹固定，既可节省工装夹具，又节省了上、下料的辅助时间。 4 E9 M- ~3 W6 G3 R6 o% z
⑷ 非接触式切割 l8 Q. Z0 B8 Y* h. f8 B2 R' x# ^
激光切割时割炬与工件无接触，不存在工具的磨损。加工不同形状的零件，不需要更换“刀具”，只需改变激光器的输出参数。激光切割过程噪声低，振动小，无污染。
* |. y- ^- X, ~; H) y* W. |⑸ 切割材料的种类多 3 q! X' o8 m3 Q) I7 W$ }
与氧乙炔切割和等离子切割比较，激光切割材料的种类多，包括金属、非金属、金属基和非金属基复合材料、皮革、木材及纤维等。但是对于不同的材料，由于自身的热物理性能及对激光的吸收率不同，表现出不同的激光切割适应性。采用CO2激光器，各种材料的激光切割性能见表2。
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发表于 2009-7-30 10:24:10
