激光切割以連續(xù)或重復(fù)脈沖模式工作。在切割過程中,激光束被聚焦成一個很小的光斑(小直徑可小于0.1mm),使聚焦達到很高的功率密度(可超過106W/cm2)。此時,光束輸入的熱量(由光能轉(zhuǎn)化而來)遠遠超過被材料反射、傳導(dǎo)或擴散的部分,材料被迅速加熱到熔化汽化溫度。同時,一股高速氣流從同軸或非同軸方向?qū)⑷刍驓饣奈锪蠌奈锪舷虏看党?。隨著光束與材料的相對運動,孔形成一個狹窄的(0.1~0.3mm)狹縫來分割材料。除了鏡頭外,它還有一個同軸噴嘴,可以噴出輔助氣流。
激光切割的特點可歸納如下: 1、切割質(zhì)量好,切縫幾何形狀好,切縫兩側(cè)近乎平行且垂直于底面; 2、不粘渣,切縫窄,熱影響區(qū)小,工件基本不變形;可以切割的材料有很多種。氣割只能切割Cr含量小的低碳鋼、中碳鋼和合金鋼,而激光可以切割金屬、非金屬、金屬基和非金屬基復(fù)合材料、皮革和木材;4高切割效率; 5非接觸式加工; 6噪音低;7污染小。
激光切割分類及其機理
激光切割按其機理可分為汽化切割、熔化切割、激光氧熔切割和可控斷裂切割。
(1)汽化切割
工件在激光作用下迅速加熱至沸點,部分材料以蒸氣形式逸出,部分材料以噴射物形式從切割縫底部吹走。這種切割機構(gòu)所需的激光功率密度一般在10W/cm2左右,是一種針對非熔化材料(木材、石墨塑料等)的切割方式。
(2) 熔斷
激光將工件加熱至熔融狀態(tài),并用氬氣、氦氣、輔助氣流,例如氮氣,將熔融材料吹離切口。熔切所需的激光功率密度一般在107w/cm2左右。
(3) 氧氣輔助熔化切割
這種方法主要用于切割金屬材料。金屬被激光迅速加熱到燃點以上,與氧氣發(fā)生劇烈的氧化反應(yīng)(即燃燒),放出大量熱量;繼續(xù)加熱下一層金屬,金屬會繼續(xù)被氧化,氧化物會借助氣壓從縫隙中吹散。切割過程可歸結(jié)為預(yù)熱→燃燒→除渣的反復(fù)進行。要實現(xiàn)激光氧熔切割,必須滿足以下加工條件。
被切割金屬的燃點應(yīng)低于其熔點。例如,鐵的燃點為1350°C,比其熔點低1500°C。所得爐渣的熔點應(yīng)低于金屬的熔點。例如,鐵渣的熔點為1300~1500℃。
燃燒可放出大量熱量。例如,鐵在氧氣中燃燒釋放的熱能占鐵在切割鋼時抗氧熔化時總能量的60%。氧氣輔助熔化切割所需能量是汽化切割的5%??梢?,激光氧熔切割主要是利用鋼等金屬在切割過程中氧化釋放的熱量來進行切割。