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標(biāo)題: 激光切割基礎(chǔ)知識 [打印本頁]
作者: 曉昀 時(shí)間: 2021-3-15 21:10
標(biāo)題: 激光切割基礎(chǔ)知識
本帖最后由 曉昀 于 2021-3-15 21:12 編輯
! K+ _4 L& O+ J9 s8 Z1 t5 z1 [+ {5 I7 Q
9 ^& i! K& x5 ~ `% \# p# o 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,。
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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。
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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,，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,。
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火焰切割; k: o) f0 B- J! J9 H4 R# h
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。
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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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[backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.6)][backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.75)]熔化切割
3 m+ r4 E3 u& m7 d! V( s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,。
. c' p6 G% o3 P& u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,。
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[backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.6)][backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.75)]壓縮空氣切割2 s. R8 g8 i4 l0 G( x# m
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。
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[backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.6)][backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.75)]等離子體輔助切割
5 H' G3 h3 n& u2 q, h1 W3 G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。
4 X1 a* K" e) n( {0 L+ n" L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/ ^8 h4 r3 `$ Q1 ~% {% c
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。
' V* U4 Z8 b; C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,。
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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(qiáng)使熔渣從切口排出
, y+ E& y6 b2 r6 w1 V- X7 c8 s參數(shù)：調(diào)整加工過程
0 z0 h2 A( t+ ~+ k0 j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。
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[backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.6)][backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.75)]偏振度
5 Y5 u( Q$ ?) U+ ~3 a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,。% L4 j: Q+ Z# _3 l, o0 Z& i
[backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.6)][backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.75)]焦點(diǎn)直徑$ S9 Q2 w- {; n7 x+ l+ z' x
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,。
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[backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.6)][backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.75)]焦點(diǎn)位置- f0 ^: d( c7 I6 \& G* [
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。
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圖4 焦點(diǎn)位置：工件內(nèi)部,，工件表面和工件上方
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[backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.6)][backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.75)]激光功率0 ^+ D" a' C. n4 X
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,。
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圖5 更高的激光功率可以切割更厚的材料
& C7 \. ^+ z0 w5 L6 |9 D; X) l L[backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.6)][backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.75)]工作模式
9 V1 K9 Q' C1 P4 ~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,。
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[backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.6)][backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.75)]切割速度2 \0 [8 t0 v' I: y3 H6 j% m
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,。
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圖6 切割速度隨著板材厚度增加而降低
1 [$ [" M& x& J- B$ Y+ Y[backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.6)][backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.75)]噴嘴直徑$ O0 a! k* j3 j4 m5 p0 V
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。
" V( x1 I/ H/ E6 ~+ Q[backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.6)][backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.75)]氣體純度和氣壓6 k- N- g- w/ u9 J6 N; m
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,。; M: b- Q, ]- g: f
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。
/ W- A* K) \1 k Y0 y& P+ r0 `9 M4 P采用氮?dú)馊刍懈顣r(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。
" H1 Z) n. r% L5 R, r5 w[backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.6)][backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.75)]技術(shù)參數(shù)表
) k; _9 Z' T3 m' C+ {9 \. ?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,。
) t6 w4 h7 t% b. z9 L3 T- k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
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" I/ }% V. g; |/ k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)
8 H3 F; o1 w( C* G- O# L% l0 K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(yīng)用前景也將越來越廣闊。
; `+ A; e: \) ~9 z& k S[attach]516912[/attach]7 k6 [6 q4 F: K5 e" I% s4 R1 h
作者: 蛋蛋超人 時(shí)間: 2021-3-15 22:48
頂,，????學(xué)會了
作者: 晨曦yzm 時(shí)間: 2021-3-16 08:09
學(xué)習(xí)了,，謝謝分享
作者: babty 時(shí)間: 2021-3-16 08:35
這么專業(yè)
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作者: zhj710603914 時(shí)間: 2021-3-16 08:59
學(xué)習(xí)了
作者: 幸福四葉草 時(shí)間: 2021-9-2 16:50
非常好，正好需要用上
作者: 北冥鳥的天空 時(shí)間: 2023-7-13 10:45
我去,，這東西專業(yè),，就是看著費(fèi)勁，夠我學(xué)一周的了
: C: W, b0 G4 V- E; E6 o/ n" a0 S
, o0 b7 R# [3 @( o+ I: |; B1 Y謝謝啦
作者: 會說謊的小先生 時(shí)間: 2024-1-23 11:45
謝謝,，學(xué)習(xí)了
作者: 進(jìn)來看看呀 時(shí)間: 2024-4-19 17:31
謝謝,，學(xué)習(xí)了
作者: 電氣學(xué)徒2 時(shí)間: 2024-12-14 15:43
謝謝分享。
作者: 爾本CT 時(shí)間: 2025-2-25 09:58
感謝分享
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