: [$ B* }% }$ N. l/ E激光切割之切割材料
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; C/ J6 u( _! w' k( M! D9 r8 c' u雖然幾乎所有的金屬材料在室溫對紅外波能量有很高的反射率,但發(fā)射處于遠紅外波段10.6um光束的CO2激光器還是成功的應用于許多金屬的激光切割實踐。金屬對10.6um激光束的起始吸收率只有0.5%~10%,但是,當具有功率密度超過106w/cm2的聚焦激光束照射到金屬表面時,卻能在微秒級的時間內很快使表面開始熔化。處于熔融態(tài)的大多數金屬的吸收率急劇上升,一般可提高60%~80%。從而很迅速的對板材進行加工.
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(1)碳鋼。
. V, k3 v' @" ~; c現代激光切割系統(tǒng)可以切割碳鋼板的最大厚度可達20MM,利用氧化熔化切割機制切割碳鋼的切縫可控制在滿意的寬度范圍,對薄板其切縫可窄至0.1MM左右。
8 z/ [, z2 ]8 {7 c3 Y, v(2)不銹鋼。
5 x" [; S* X+ V激光切割對利用不銹鋼薄板作為主構件的制造業(yè)來說是個有效的加工工具。在嚴格控制激光切割過程中的熱輸入措施下,可以限制切邊熱影響區(qū)變得很小,從而很有效的保持此類材料的良好耐腐蝕性。
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(3)合金鋼。
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大多數合金結構鋼和合金工具鋼都能用激光切割方法獲得良好的切邊質量。即使是一些高強度材料,只要工藝參數控制得當,可獲得平直、無粘渣切邊。不過,對于含鎢的高速工具鋼和熱模鋼,激光切割時會有熔蝕和粘渣現象發(fā)生。
. }4 v# S% o# Z2 U9 f; y# q(4)鋁及合金。
* I/ C8 V' H. O$ y; a鋁切割屬于熔化切割機制,所用輔助氣體主要用于從切割區(qū)吹走熔融產物,通?色@得較好的切面質量。對某些鋁合金來說,要注意預防切縫表面晶間微裂縫產生。
/ h9 C* F; ]3 }; X(5)銅及合金。
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純銅(紫銅)由于太高的反射率,基本上不能用CO2激光束切割。黃銅(銅合金)使用較高激光功率,輔助氣體采用空氣或氧,可以對較薄的板材進行切割。
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(6)鈦及合金。
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純鈦能很好耦合聚焦激光束轉化的熱能,輔助氣體采用氧時化學反應激烈,切割速度較快,但易在切邊生成氧化層,不小心還會引起過燒。為穩(wěn)妥起見,采用空氣作為輔助氣體比較好,以確保切割質量。
8 c! R, M3 g9 M w. U/ b飛機制造業(yè)常用的鈦合金激光切割質量較好,雖然切縫底部會有少許粘渣,但很容易清除。
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(7)鎳合金。
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鎳基合金也稱超級合金,品種很多。其中大多數都可實施氧化熔化切割。
9 l" w6 Z) s: H8 l非金屬材料的激光切割
10.6um波長的CO2激光束很容易被非金屬材料所吸收﹐導熱性不好和低的蒸發(fā)溫度又使吸收的光束能幾乎整個傳輸入材料內部﹐并在光斑照射處瞬間氣化形成起始孔洞﹐進入切割過程的良性循環(huán).
2.1有機材料
2.1.1塑料(聚合物)
激光切割對塑料加工有較大的吸收力﹐因為激光可以對任何復雜形狀工件進行無接觸的高速切割﹐激光作為一種高功率密度強熱源﹐很快蒸發(fā)膠合劑﹐破壞材料的聚合鏈﹐實施切割.
低溶塑料﹔在正確控制工藝下﹐可獲無毛刺.氣泡的底部切割邊切縫光光滑平整.
高強塑料﹔為了破壞其強的連接鏈﹐需要較強的光束功率密度﹐切割時由此產生燃燒﹐切邊形成不同程度的碳化.
聚氯乙烯或聚乙稀﹔注意防止切割過程中產生有害氣體﹐防止機器生銹﹐切割斷面呈茶色﹐會有纖維絲產生.
2.1.2橡膠
切割時材料無接觸﹐切割時無需擔心工作的延伸和變形﹐防止切邊發(fā)粘.
2.1.3木材
激光能有效切割木材.層壓板.木屑板.無鋸屑﹐輔助氣體必須使用惰性的氮氣﹐防止材料的燃燒.
2無機材料
1.2. 1石英
熱膨脹系數較低的石英材料比較適宜激光切割﹐切邊質量好﹐切面光滑.
2.2.2玻璃
對大多數玻璃來說﹐受激光熱沖擊后產生的裂紋.
2.2.3陶瓷
陶瓷激光切割機制是可控向斷裂﹐聚焦光點﹐引超定向加熱梯度和高的機械應用力﹐使陶瓷這類幾乎沒有塑料的材料生成小裂縫﹐裂縫延著光點移動不斷生成﹐最后把陶瓷切斷﹐采用CO2激光束切勿使用高功率﹐否則將會出現龜裂導致切割失敗.
2.2.4石頭
不同類型的引石材料中含有水份﹐濕氣由于激光束瞬間快速加熱引起爆炸導致開裂
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激光切割之熱影響與切縫
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激光束聚焦成很小的光點,使焦點處達到很高的功率密度。這時光束輸入的熱量遠遠超過被材料反射、傳導或擴散的部分,材料很快加熱至汽化程度,蒸發(fā)形成孔洞。隨著光束與材料相對線性移動,使孔洞連續(xù)形成寬度很窄的切縫。切邊受熱影響很小,基本沒有工件變形。
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切割過程中還添加與被切材料相適合的輔助氣體。鋼切割時利用氧作為輔助汽體與熔融金屬產生放熱化學反應氧化材料,同時幫助吹走割縫內的熔渣。切割聚丙烯一類塑料使用壓縮空氣,棉、紙等易燃材料切割使用惰性汽體。進入噴嘴的輔助汽體還能冷卻聚焦透鏡,防止煙塵進入透鏡座內污染鏡片并導致鏡片過熱。
. l3 r! f$ t% x2 N, F' w大多數有機與無機材料都可以用激光切割。在工業(yè)制造系統(tǒng)占有份量很重的金屬加工業(yè),許多金屬材料,不管它是什么樣的硬度,都可以進行無變形切割。當然,對高反射率材料,如金、銀、銅和鋁合金,它們也是好的傳熱導體,因此激光切割很困難,甚至不能切割。(對于此類材料可以在材料表面涂上防反射材料進行切割)
1 {" x" F8 y! f( }2 Q激光切割無毛刺、皺折、精度高,優(yōu)于等離子切割。對許多機電制造行業(yè)來說,由于微機程序控制的現代激光切割系統(tǒng)能方便切割不同形狀與尺寸的工件,它往往比沖切、模壓工藝更被優(yōu)先選用;盡管它加工速度還慢于模沖,但它沒有模具消耗,無須修理模具,還節(jié)約更換模具時間,從而節(jié)省了加工費用,降低了生產成本,所以從總體上考慮是更合算的。
9 ?& Z# T' e% Q6 W1 g/ g% E" ?! Y激光切割的優(yōu)缺點
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優(yōu)點:
; j' n& g3 W5 B$ |2 @激光束聚焦后形成具有極強能量的很小作用點,把它應用于切割有許多特點。首先,激光光能轉換成驚人的熱能保持在極小的區(qū)域內,可提供(1)狹的直邊割縫;(2)最小的鄰近切邊的熱影響區(qū);(3)極小的局部變形。其次,激光束對工件不施加任何力,它是無接觸切割工具,這就意味著:(1)工件無機械變形;(2)無刀具磨損,也談不上刀具的轉換問題;(3)切割材料無須考慮它的硬度,也即激光切割能力不受被切材料的硬度影響,任何硬度的材料都可以切割。再次,激光束可控性強,并有高的適應性和柔性,因而(1)與自動化設備相結合很方便,容易實現切割過程自動化;(2)由于不存在對切割工件的限制,激光束具有無限的仿形切割能力;(3)與計算機結合,可整張板排料,節(jié)省材料。
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缺點:
) A$ ]( @$ c8 S) @1:成本較高,必須有輔助氣體。2:無法完成成型拉伸。(現在有激光沖壓復合機,不過好像太貴)3:速度相對數控沖床低一些。
激光切割與加工工件的材料,精度,復雜程度有直接的關系,如果批量較小,加工復雜,要求精度高,選者激光切割機是明智的。反之車不然。
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用來加工不銹鋼是在好不過了?特別是3mm以上的!如果在沖床上?你想聽聽它的聲音嗎?如果在沖床上沖3mm 的不銹鋼要開的最慢!要不你的模具準備多點?激光切割的優(yōu)點是聲音小速度快,沒有毛刺,不變形,不刮花材料的表層
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激光技術之光路傳輸
, Q$ K4 O+ H' X3 n( l3 N5 D光路,是指光行駛的路徑。
! t+ K: X& c o; m* i: D目前主要有混合光路、單臂懸梁飛行光路和龍門式飛路三種;旌瞎饴凡捎霉ぷ髋_或工件X軸運動,切割頭Y軸運動行光,在加工中存在工件運動,容易導致精度誤差,且容易劃傷板材,但是技術相對簡單,造價低,目前國內激光設備生產廠主要提供這種形式的切割機供模切板行業(yè)。單臂懸梁飛行光路由于切割頭的單點承重,設備剛性不足,一般需要特殊地基,而且在長期運行的穩(wěn)定性不夠。龍門式飛行光路是目前最成熟的技術,它有著速度快、剛性好及精度高等特點。
當然,在一個完整的系統(tǒng)中,還有很多要素需要評估,例如供應商對激光工藝的研究程度,針對各種材料的不同加工要求是否可以提供完整的解決解決工藝;設備的整體性、長期穩(wěn)定性;抗電磁干擾能力;對環(huán)境的要求……都需要我們進行考核。
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激光加工的安全等級
8 Q! a3 J0 Z# _+ M: @Class I:低輸出激光(功率小于0.4mW),不論何種條件下對眼睛和皮膚,都不會超過MPE值,甚至通過光學系統(tǒng)聚焦后也不會超
過MPE值?梢员WC設計上的安全,不必特別管理。典型應用如激光教鞭,CD播放機,CD-ROM設備,地質勘探設備和實驗室分析
儀器等。
Class II:低輸出的可視激光(功率0.4mW-1mW),人閉合眼睛的反應時間為0.25秒,用這段時間算出的曝光量不可以超過MPE
值。通常1mW以下的激光,會導致暈眩無法思考,用閉合眼睛來保護,不能說完全安全,不要直接在光束內觀察,也不要用Class
II激光直接照射別人的眼睛,避免用遠望設備觀察Class II激光。典型應用如課堂演示,激光教鞭,瞄準設備和測距儀等。
Class III :中輸出激光,光束若直接射入眼睛,會產生傷害,基于某些安全的理由,進一步分為IIIA和IIIB級。
IIIA級為可見光的連續(xù)激光,輸出為1-5mW的激光束,光束的能量密度不要超過25W/m﹣m,避免用遠望設備觀察IIIA激
光,這樣可能增大危險。IIIA的典型應用和Class II級有很多相同之處,如激光教鞭,激光掃描儀等。
III B 級為5-500mW的連續(xù)激光,直接在光束內觀察有危險。但最小照射距離為13cm,最大照射時間十秒以下為安全。IIIB
激光的典型應用如光譜測定和娛樂燈光表演等。
ClassIV:高輸出連續(xù)激光(大于500mW),高過第三級,有火災的危險,擴散反射也有危險。典型應用如外科手術,研究,切割,焊接和顯微機械加工等。
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G/ r8 |! O) R4 l一般的激光設備應當有相應的安全保護措施:
(1)根據激光裝置的級別,有關激光的安全或傷害具有充分的知識與認識的人來指導處理.
(2)三級以上的激光制作由有安全操作適當教育的人來執(zhí)行。
(3)動作中的激光裝置,假如不發(fā)出激光光,也不要探視光路中。
(4)激光共振器的調整,光軸調低時,會突然發(fā)射激光。要經常注意眼睛的位置來處理。
(5)CO2激光使用眼睛看不到的紅外光大型激光時,附近的人要特別注意。
(6)不能避免反射光或亂射光時,在使用三級以上的激光時,可以使用保護眼鏡。
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