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| | 激光切割原理、分類及特點 | （1）激光切割的原理 / s+ }+ U: ]6 ^- ?- c( |3 V0 Z8 c
激光切割是利用經聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、燒蝕或達到燃點，同時借助與光束同軸的高速氣流吹除熔融物質，從而實現將工件割開。激光切割屬于熱切割方法之一。激光切割的原理見下圖。 ' ^2 ~! y, S- l; Y. z3 _" b
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- D8 [5 r' Q# h（2）激光切割的分類 - S0 B% e4 e9 b; @& h5 r
激光切割可分為激光汽化切割、激光熔化切割、激光氧氣切割和激光劃片與控制斷裂四類。 3 y Q0 @; C, m- } w* } Q
1）激光汽化切割
) Q) f/ T2 ^- \5 G, f$ C利用高能量密度的激光束加熱工件，使溫度迅速上升，在非常短的時間內達到材料的沸點，材料開始汽化，形成蒸氣。這些蒸氣的噴出速度很大，在蒸氣噴出的同時，在材料上形成切口。材料的汽化熱一般很大，所以激光汽化切割時需要很大的功率和功率密度。
; a8 H# D& C8 d8 [# W激光汽化切割多用于極薄金屬材料和非金屬材料（如紙、布、木材、塑料和橡皮等）的切割。
( F, h( \ B2 J/ |( _2）激光熔化切割
/ d* I+ W. w5 D% ]1 c激光熔化切割時，用激光加熱使金屬材料熔化，然后通過與光束同軸的噴嘴噴吹非氧化性氣體（Ar、He、N等），依靠氣體的強大壓力使液態金屬排出，形成切口。激光熔化切割不需要使金屬完全汽化，所需能量只有汽化切割的1/10。 $ H0 L. E3 U3 b% P7 P
激光熔化切割主要用于一些不易氧化的材料或活性金屬的切割，如不銹鋼、鈦、鋁及其合金等。
. ~' L1 m7 N7 H# i$ X2 R3）激光氧氣切割 ! X8 I5 q; H5 `
激光氧氣切割原理類似于氧乙炔切割。它是用激光作為預熱熱源，用氧氣等活性氣體作為切割氣體。噴吹出的氣體一方面與切割金屬作用，發生氧化反應，放出大量的氧化熱；另一方面把熔融的氧化物和熔化物從反應區吹出，在金屬中形成切口。由于切割過程中的氧化反應產生了大量的熱，所以激光氧氣切割所需要的能量只是熔化切割的1/2，而切割速度遠遠大于激光汽化切割和熔化切割。
5 M9 u: ^% C3 G$ s激光氧氣切割主要用于碳鋼、鈦鋼以及熱處理鋼等易氧化的金屬材料。 * X1 P, W, p4 Z6 S5 ^
4）激光劃片與控制斷裂
9 I# ?- J9 x. J! Q激光劃片是利用高能量密度的激光在脆性材料的表面進行掃描，使材料受熱蒸發出一條小槽，然后施加一定的壓力，脆性材料就會沿小槽處裂開。激光劃片用的激光器一般為Q開關激光器和CO2激光器。 + j( y0 B/ j! V2 {
控制斷裂是利用激光刻槽時所產生的陡峭的溫度分布，在脆性材料中產生局部熱應力，使材料沿小槽斷開。
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9 a( {6 {. a1 ?9 g( J; h! @激光切割的特點 2 N6 `, N( R8 T9 p' R
激光切割與其他熱切割方法相比較，總的特點是切割速度快、質量高。具體概括為如下幾個方面。
* p; ]/ m/ W# j) d8 d7 o2 i⑴ 切割質量好
" E- w0 e, D; Y. W/ w% a8 T由于激光光斑小、能量密度高、切割速度快，因此激光切割能夠獲得較好的切割質量。
5 J @% G% ^0 N6 s4 J5 s① 激光切割切口細窄，切縫兩邊平行并且與表面垂直，切割零件的尺寸精度可達±0.05mm。 / V2 M+ |7 O; Z C+ p$ g+ L2 v" p m
② 切割表面光潔美觀，表面粗糙度只有幾十微米，甚至激光切割可以作為最后一道工序，無需機械加工，零部件可直接使用。 2 u% |3 y0 n( W- J' K
③ 材料經過激光切割后，熱影響區寬度很小，切縫附近材料的性能也幾乎不受影響，并且工件變形小，切割精度高，切縫的幾何形狀好，切縫橫截面形狀呈現較為規則的長方形。激光切割、氧乙炔切割和等離子切割方法的比較見表1，切割材料為6.2mm厚的低碳鋼板。
* u9 B& w9 |1 U9 h: b# y' R⑵ 切割效率高
- E: L+ `' }/ F$ h) q% k由于激光的傳輸特性，激光切割機上一般配有多臺數控工作臺，整個切割過程可以全部實現數控。操作時，只需改變數控程序，就可適用不同形狀零件的切割，既可進行二維切割，又可實現三維切割。
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5 R8 Y0 A$ f) n, T8 d⑶ 切割速度快
Z. D2 w9 q9 O$ H用功率為1200W的激光切割2mm厚的低碳鋼板，切割速度可達600cm/min；切割5mm厚的聚丙烯樹脂板，切割速度可達1200cm/min。材料在激光切割時不需要裝夾固定，既可節省工裝夾具，又節省了上、下料的輔助時間。 . F- X3 w1 R# ?% S9 z9 ~
⑷ 非接觸式切割 . C. Y- z. M/ X; r
激光切割時割炬與工件無接觸，不存在工具的磨損。加工不同形狀的零件，不需要更換“刀具”，只需改變激光器的輸出參數。激光切割過程噪聲低，振動小，無污染。 . _( \: o p& U. Q( e9 ~
⑸ 切割材料的種類多
1 o+ Y, T9 t4 n4 s/ X9 L( P; I% B與氧乙炔切割和等離子切割比較，激光切割材料的種類多，包括金屬、非金屬、金屬基和非金屬基復合材料、皮革、木材及纖維等。但是對于不同的材料，由于自身的熱物理性能及對激光的吸收率不同，表現出不同的激光切割適應性。采用CO2激光器，各種材料的激光切割性能見表2。
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發表于 2009-7-30 10:24:10
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