激光切割机在切割过程中,光束经切割部件的透镜聚焦成一个很小的焦点,使焦点处达到高的功率密度,其中切割部件固定在z轴上。这时,光束输入的热量远远超过被材料反射、传导或扩散的部分热量,材料很快被加热到熔化与汽化温度,与此同时,一股高速气流从同轴或非同轴侧将熔化及汽化了的材料吹出,形成材料切割的孔洞。对于容易受热***的脆性材料,通过激光束加热进行高速、可控的切断,称为控制断裂切割。随着焦点与材料的相对运动,使孔洞形成连续的宽度很窄的切缝,完成材料的切割。
在激光熔化切割中,工件被局部熔化后借助气流把熔化的材料喷射出去。因为材料的转移只发生在其液态情况下,所以该过程被称作激光熔化切割。激光光束配上高纯惰性切割气体促使熔化的材料离开割缝,而气体本身不参于切割。激光熔化切割可以得到比气化切割更高的切割速度。气化所需的能量通常高于把材料熔化所需的能量。因为氧化放热过程中,弃放的热量与气体流量有关,切缝中熔融金属的喷射量与辅助气体在中心细线上压力的大小有关。在激光熔化切割中,激光光束只被部分吸收。大切割速度随着激光功率的增加而增加,随着板材厚度的增加和材料熔化温度的增加而几乎反比例地减小。在激光功率一定的情况下,限制因数就是割缝处的气压和材料的热传导率。激光熔化切割对于铁制材料和钛金属可以得到无氧化切口。产生熔化但不到气化的激光功率密度,对于钢材料来说,在104W/cm2~105 W/cm2之间。
切割穿孔技术:任何一种热切割技术,除少数情况可以从板边缘开始外,一般都必须在板上穿一小孔。早先在激光冲压复合机上是用冲头先冲出一孔,然后再用激光从小孔处开始进行切割。对于没有冲压装置的激光切割机有两种穿孔的基本方法:
脉冲穿孔:(Pulse drilling)采用高峰值功率的脉冲激光使少量材料熔化或汽化,常用空气或氮气作为辅助气体,以减少因放热氧化使孔扩展,气体压力较切割时的氧气压力小。每个脉冲激光只产生小的微粒喷射,逐步深入,因此厚板穿孔时间需要几秒钟。一旦穿孔完成,立即将辅助气体换成氧气进行切割。熔化切割一般使用惰性气体,如果代之以氧气或其它活性气体,材料在激光束的照射下被点燃,与氧气发生激烈的化学反应而产生另一热源,使材料进一步加热,称为氧化熔化切割。这样穿孔直径较小,其穿孔质量优于爆裂穿孔。为此所使用的激光器不但应具有较高的输出功率;更重要的时光束的时间和空间特性,因此一般横流CO2激光器不能适应激光切割的要求。
数控切割机床由三部分组成,即工作台(一般为精密机床)、光束传输系统(有时称外光路,即激光器发出的光束到达工件前整个光程内光束的传输光学、机械构件)和微机数控系统。按切割柜与工 作台相对移动的方式,可分为以下三种类型:
(1)在切割过程中,光束(由割炬射出)与工作台都移动,一般光束沿Y向移,工作台在X向移。
(2)在切割过程中,只有光束(割炬)移动,工作台不移动。
(3)在切割过程中,只有工作台移动,而光束(割炬)则固定不动。
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