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今天朋友加工店的平面激光切割設(shè)備，做了一批厚板材零件，結(jié)果全部報(bào)廢。。。 0 t% C4 T0 F& s8 }* n
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大部分都是切割出來后飛邊切割痕雜質(zhì)太大，零部件外形完全沒有精度，導(dǎo)致要返工處理；更多得切割下落料孔還粘付在本體上，要用手用力得敲才能敲下來；面對(duì)這次質(zhì)量異常，解決辦法也不是一句話，兩句話能說清楚，我去查資料，做了以下匯總：. O/ ^' c4 w* s
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首先要知道它得原理：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，切割過程就開始了：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。9 _5 @* L1 q" |" L0 H
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7 O6 H9 _2 B: u" _ 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。化學(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。6 {' G2 n9 z$ m; Q( b
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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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k t4 G# v/ u5 Y; {' M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。 . @! q4 f3 v8 e4 ^& U* R/ D4 G
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. R, i- u( I6 V 采用氮?dú)饣蛘邭鍤庾鳛榍懈顨猓瑲鈮?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。# i$ _2 d6 g7 } B4 I
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% _' t- R+ _/ c( Z9 v: h壓縮空氣切割 5 q" C) r( M _1 w8 Z$ d7 C2 x
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( f X$ l$ A: t- [! N4 y. C) ]- f 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)猓虼藟嚎s空氣切割基本上屬于熔化切割。
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4 j; _4 e7 n5 }# d等離子體輔助切割 * d1 u- x" ]2 G2 z4 J" ]6 B
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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，這種切割過程也叫高速等離子體切割。
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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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. i+ g7 _* b, k* @氣化切割
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氣化切割將材料蒸發(fā)，盡可能減小了對(duì)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。+ }& N2 h5 K1 g+ {" l- F
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2 Y \5 F& n2 ~ 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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5 y; J, @7 L. O( K) M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 " r! I: ^* r0 S- O) e( w6 }' Q0 v, G
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參數(shù)：調(diào)整加工過程
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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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, c- d# n( @5 L0 L偏振度 & p5 d4 Q* u: E9 s
* b! `$ p: K( Q" X5 z. o* 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(duì)于高質(zhì)量的切割已經(jīng)足夠了。 5 f; L2 z! @. }1 L/ i1 S
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焦點(diǎn)直徑 i1 g! d; T/ |, m
7 @' M. Z' O6 v 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。 : B/ @# X2 x& x/ [; W- C
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焦點(diǎn)位置
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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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$ K/ _* Q# ?$ v) [( j+ j激光功率 9 ?4 d6 b& J# A& F5 Q
" r+ }# J* E9 b) O3 i4 _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。 ; G' O1 q5 o; W8 X1 S
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) |, m m" z7 D圖5 更高的激光功率可以切割更厚的材料 $ q# E+ k3 P& g4 L0 J
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工作模式 ; C7 O: r' y! l- x9 @
5 z- |9 w4 t e( ?$ |$ R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。
- ^& p7 _2 v) ]# M: x' x2 |, P切割速度 : d4 P5 n, E% u2 g% v
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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。 8 F8 j$ ~/ ~, J8 H% _3 B2 G; @: l
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6 H8 D( t9 ]' w" H4 l; p圖6 切割速度隨著板材厚度增加而降低 2 D6 u5 J) @+ `5 n0 ]6 `7 Q3 A. ^1 }
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噴嘴直徑
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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。
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氣體純度和氣壓
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! u/ R! u2 m' j" Y9 f( b+ K( 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。 ; |5 y7 ? ]' m! i" I2 p; ~* l6 z
& c8 Q1 N7 G! p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。
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! ]" q; A3 n: {9 c$ q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。
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/ Y& r" e0 j2 T0 q1 R! E技術(shù)參數(shù)表
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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。現(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。
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激光切割質(zhì)量評(píng)價(jià)因素 * R! a6 x' D7 Q. N
1 f$ I: r9 N \2 m- x6 v* a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(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。 7 |* B! h! c/ {3 H: T" r
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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)
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發(fā)表于 2018-5-9 12:53:20
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