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標題: 激光切割基礎知識 [打印本頁]
作者: 曉昀 時間: 2021-3-15 21:10
標題: 激光切割基礎知識
本帖最后由 曉昀 于 2021-3-15 21:12 編輯 % ^+ k }1 S9 q3 O+ F! T
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. e3 n1 C% K. R$ N. m# ]2 V 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，激光切割更被廣泛應用于鈑金，塑料、玻璃、陶瓷、半導體以及紡織品、木材和紙質(zhì)等材料加工。
* a) m+ n$ _ s- U 激光切割在精密加工和微加工領域的應用已經(jīng)獲得實質(zhì)的增長。
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當聚焦的激光束照到工件上時，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，同時將材料熔化。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。
- M* u. x& m; X( |/ e+ t火焰切割" c; U$ y7 t% }: b0 |# w
火焰切割是切割低碳鋼時采用的一種標準工藝，采用氧氣作為切割氣體。氧氣加壓到高達 6 bar 后吹進切口。在那里，被加熱的金屬與氧氣發(fā)生反應：開始燃燒和氧化。化學反應釋放大量的能量（達到激光能量的五倍）輔助激光束進行切割。
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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
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熔化切割
+ x5 p. [1 t) T& M/ `* }熔化切割是切割金屬時使用的另一種標準工藝。也可以用于切割其他可熔材料，例如陶瓷。
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采用氮氣或者氬氣作為切割氣，氣壓 2-20 bar 的氣體吹過切口。氬氣和氮氣是惰性氣體，這意味著它們不和切口中的熔化金屬發(fā)生反應，僅僅將它們向底部吹走。同時，惰性氣體可以保護切割邊緣不被空氣氧化。
' |( F6 @% C6 J' I% d2 A& ?壓縮空氣切割
) x/ U4 r* ^1 L! H% M壓縮空氣同樣可以用來切割薄板?？諝饧訅旱?5-6 bar 就足以吹走切口中的熔融金屬。由于空氣中接近 80% 都是氮氣，因此壓縮空氣切割基本上屬于熔化切割。
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等離子體輔助切割
6 V3 A: z& K, k3 W' H如果參數(shù)選擇恰當，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。
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等離子體云事實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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氣化切割
& Q: m7 I% [" ~. q: w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。
% L4 P$ w) O# P4 \7 ~超短脈沖激光使這項技術可以應用于其他材料。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，材料直接升華，沒有時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沒有明顯的熱效應，沒有熔化和毛刺形成。
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圖3 氣化切割：激光使材料蒸發(fā)，燃燒。蒸氣的壓強使熔渣從切口排出
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參數(shù)：調(diào)整加工過程
: G- S& I- h( j5 e2 W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床的技術性能，而另一些是變化的。
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偏振度0 _8 B% N% }: S; Q
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。7 t+ T% P4 \6 D: k1 A+ E
焦點直徑
8 n# y3 u5 {! N- @2 U( t焦點直徑影響切口寬度，可以通過改變聚焦鏡的焦距改變焦點直徑。更小的焦點直徑意味著更窄的切口。
: ]" j& D- e4 A8 U. O8 N9 I8 C焦點位置
6 A/ \% L/ w7 M& L6 \. }. M焦點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。
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圖4 焦點位置：工件內(nèi)部，工件表面和工件上方
7 i/ T# C; S0 I激光功率# W7 }4 q: D) Z0 ~3 D
激光功率應和加工類型、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。
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圖5 更高的激光功率可以切割更厚的材料
; I9 Q! T. q* i% o' X& W工作模式
; e7 ?7 R2 }! w, [9 ]7 z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準輪廓。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。
& r5 |. c# z/ Z) y切割速度8 o, K1 d" D! {3 G0 I# `/ N
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致粗糙度的增加和毛刺的形成。
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圖6 切割速度隨著板材厚度增加而降低
* C9 v7 w8 N1 E9 f) N9 m' j: `1 S噴嘴直徑7 D/ d+ k+ O) I+ a$ ^ h
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，相應地，噴嘴口的直徑也要增大。
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氣體純度和氣壓# E! o/ j. s! A- z! W" j* n
氧氣和氮氣經(jīng)常用作切割氣體。氣體的純度和氣壓影響切割效果。, H5 I, A3 A/ ?: s# u
采用氧氣火焰切割時，氣體純度需達到 99.95 %。鋼板越厚，采用的氣體氣壓越低。; i/ V# C- Y* r9 s x
采用氮氣熔化切割時，氣體純度需要達到 99.995 %（理想情況是 99.999 %），熔化切割厚鋼板時需要更高的氣壓。/ N$ M$ p5 s |
技術參數(shù)表% _( B6 ?; q# ^7 H# ^9 O
在激光切割早期，使用者必須通過試運轉(zhuǎn)自行決定加工參數(shù)的設置。現(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，都有對應的數(shù)據(jù)。技術參數(shù)表使得即使不熟悉這種技術的人也能順利操作激光切割設備。0 k. n- E0 {; Q9 p' r- ]
激光切割質(zhì)量評價因素
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有許多判定激光切割邊緣質(zhì)量的標準。像毛刺形式、凹陷、紋路等標準可以用肉眼判定；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
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圖7 好的切割，壞的切割。評價切割邊緣質(zhì)量的標準6 ~2 G, H6 y8 Q) W) A7 I8 e ^& u' S
廣闊的前景
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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，激光切割的應用前景也將越來越廣闊。
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作者: 蛋蛋超人 時間: 2021-3-15 22:48
頂，????學會了
作者: 晨曦yzm 時間: 2021-3-16 08:09
學習了，謝謝分享
作者: babty 時間: 2021-3-16 08:35
這么專業(yè)# B' v& x& m! M# n, m0 O9 m
作者: zhj710603914 時間: 2021-3-16 08:59
學習了
作者: 幸福四葉草 時間: 2021-9-2 16:50
非常好，正好需要用上
作者: 北冥鳥的天空 時間: 2023-7-13 10:45
我去，這東西專業(yè)，就是看著費勁，夠我學一周的了2 i J- o' Y6 l
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謝謝啦
作者: 會說謊的小先生 時間: 2024-1-23 11:45
謝謝，學習了
作者: 進來看看呀 時間: 2024-4-19 17:31
謝謝，學習了
作者: 電氣學徒2 時間: 2024-12-14 15:43
謝謝分享。
作者: 爾本CT 時間: 2025-2-25 09:58
感謝分享
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