激光氧气切割原理类似于氧乙i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。无论是CO2还是灯棒式YAG激光,激光的产生原理决定了其性能受到一定的局限。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。
激光束对工件不施加任何力,它是无接触切割工具,这就意味着⑴工件无机械变形;⑵无刀具磨损,也谈不上刀具的转换问题;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。⑶切割材料无须考虑它的硬度,也即激光切割能力不受被切材料的硬度影响,任何硬度的材料都可以切割。再次,激光束可控性强,并有高的适应性和柔性,因而⑴与自动化设备相结合很方便,容易实现切割过程自动化;⑵由于不存在对切割工件的限制,激光束具有wu限的仿形切割能力;⑶与计算机结合,可整张板排料,节省材料。
在高功率密度激光束的加热下,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。一些不能熔化的材料,如木材、碳素材料和某些塑料就是通过这种汽化切割方法切割成形的。汽化切割过程中,蒸汽随身带走熔化质点和冲刷碎屑,形成孔洞。因此在中国扩大CO2激光切割的工业应用领域,解决新的应用中一些技术难题仍然是工程技术人员的重要课题。汽化过程中,大约40%的材料化作蒸汽消失,而有60%的材料是以熔滴的形式被气流驱除的。
切削速度对切削质量的影响
对于给定的激光功率密度和材料,切割速度符合经验公式。只要在通过阈值以上,材料的切割速度就与激光功率密度成正比,即增加功率密度可以提高切割速度。这里的功率密度不仅与激光输出功率有关,还与光束质量有关模式。激光束聚焦后形成具有极强能量的很小作用点,把它应用于切割有许多特点。此外,光束聚焦系统的特性,即聚焦后的光斑大小,对激光切割也有很大的影响。
切割速度与待切割材料的密度(比重)和厚度成反比。
在其他参数不变的情况下,提高切削速度的因素有:增加功率(在一定范围内,如500 ~ 2 000瓦);改善波束模式(例如,从高阶模式到低阶模式到TEM00);减小聚焦光斑的大小(如用短焦距镜头聚焦);切割初始蒸发能量低的材料(如塑料、有机玻璃等)。);切割低密度材料(如白松木,等)。自激光诞生以来,产业界就对其优异的性能报以极大的兴趣,并捷足先登获得了应用。);切割薄材料。
特别是对于金属材料,当其他工艺变量保持不变时,激光切割速度可以有一个相对可调的范围,并且仍然保持令人满意的切割质量,这比切割薄金属时的厚零件的切割质量稍宽。有时,切割速度慢也会导致排出的热熔材料烧蚀口部表面,使切割表面非常粗糙。
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