本帖最后由 曉昀 于 2021-3-15 21:12 編輯
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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。
+ {! T5 v9 ]) G3 P. m& ` 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(zhǎng)。 4 |" F3 j/ U3 f/ p. V- B
- 激光切割1 q5 a9 w5 d! Z: r7 z( ~
/ |% h- c; ^6 o# e; |5 y當(dāng)聚焦的激光束照到工件上時(shí)，照射區(qū)域會(huì)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(guò)程就開(kāi)始了：激光束沿著輪廓線移動(dòng)，同時(shí)將材料熔化。通常會(huì)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。
/ w; x8 k F: I/ |* Z火焰切割; d. R) P0 h3 X
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(kāi)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。 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 0 ]1 @) n. N7 T8 b
[backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.6)][backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.75)]熔化切割
2 i( a& j$ [5 n0 }6 J7 H6 J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, G @* F) a4 B
采用氮?dú)饣蛘邭鍤庾鳛榍懈顨�，氣�?2-20 bar 的氣體吹過(guò)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。
% O3 E5 a$ k/ u6 s# I: }$ c3 u[backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.6)][backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.75)]壓縮空氣切割9 w; O+ r, M/ Y, S$ c* J/ F2 V
壓縮空氣同樣可以用來(lái)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?dú)�，因此壓縮空氣切割基本上屬于熔化切割。 . l0 C3 B- z8 {' |8 o4 `+ U
[backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.6)][backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.75)]等離子體輔助切割
; q, K4 J. |, S, m3 i/ N& R如果參數(shù)選擇恰當(dāng)，等離子體輔助熔化切割切口中會(huì)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(huì)更快熔化，從而使切割速度更快。因此，這種切割過(guò)程也叫高速等離子體切割。 ) x& S8 M- D$ o2 u( ?6 D
等離子體云事實(shí)上相對(duì)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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9 p/ O, y% [: P( f! R8 r, U[backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.75)]氣化切割
7 [0 u1 I9 C9 S) v氣化切割將材料蒸發(fā)，盡可能減小了對(duì)周?chē)牧系臒嵝?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。 / l' q" W+ p$ O8 s% f' |
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(méi)有時(shí)間將能量以熱量的形式傳給周?chē)牧�。皮秒脈沖燒蝕材料時(shí)沒(méi)有明顯的熱效應(yīng)，沒(méi)有熔化和毛刺形成。 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 ; l8 @$ I- ?$ C4 S; T
參數(shù)：調(diào)整加工過(guò)程 ; u8 F* p4 R6 ~% x4 q3 b
許多參數(shù)影響激光切割過(guò)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。
, n+ N; f T2 k9 `: Z5 `0 R3 V[backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.6)][backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.75)]偏振度
& S0 A( }0 o6 ]9 I' k* x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(duì)于高質(zhì)量的切割已經(jīng)足夠了。1 m* R6 e9 o( k
[backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.6)][backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.75)]焦點(diǎn)直徑; T/ A5 ~. _0 \' Q- ~7 o6 K5 |
焦點(diǎn)直徑影響切口寬度，可以通過(guò)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。 9 y& C. m H0 n, M: X
[backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.6)][backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.75)]焦點(diǎn)位置7 ^" |! q5 W/ S5 V) V
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。 圖4 焦點(diǎn)位置：工件內(nèi)部，工件表面和工件上方
! X4 a( L. W0 A$ r7 ^3 V[backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.6)][backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.75)]激光功率
" y1 b* y6 ]2 S5 F激光功率應(yīng)和加工類(lèi)型、材料種類(lèi)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。 圖5 更高的激光功率可以切割更厚的材料 7 C' N+ h0 B1 _+ T9 `. g
[backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.6)][backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.75)]工作模式
/ c& E X2 \8 _* Q# I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。 ' N) X- a" B# J% W
[backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.6)][backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.75)]切割速度1 F& a2 r, a: r9 i& O
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(huì)導(dǎo)致粗糙度的增加和毛刺的形成。 圖6 切割速度隨著板材厚度增加而降低 ! y$ l! V6 q* `
[backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.6)][backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.75)]噴嘴直徑
; R& R/ m o3 |6 l: t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。 2 w! j }2 \/ ] G
[backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.6)][backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.75)]氣體純度和氣壓6 o- V/ J7 b# E+ D
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。
' G( f9 a& ?) K5 k* S# r: q/ u5 M. m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。
7 Q7 P6 u; t4 P. I9 F0 G) 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。9 ]# P! J: A' v5 j( g
[backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.6)][backcolor=rgba(0, 78, 162, 0.75)]技術(shù)參數(shù)表
9 j- }+ O! I* @) C在激光切割早期，使用者必須通過(guò)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(chǔ)在切割系統(tǒng)的控制裝置中。對(duì)于每一種材料類(lèi)型和厚度，都有對(duì)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。6 e7 p7 K% M' i7 b6 T
激光切割質(zhì)量評(píng)價(jià)因素 . ?# J6 e" D( C+ L" r2 r
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(lái)測(cè)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(píng)價(jià)切割邊緣質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)
$ X- Z( N5 K/ {+ n9 T, N廣闊的前景
3 K: t0 K) m, y+ N7 U- a8 ?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(shì)今天仍在繼續(xù)。在未來(lái)，激光切割的應(yīng)用前景也將越來(lái)越廣闊。
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發(fā)表于 2021-3-15 21:10:18
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