一、激光切割機的原理

激光是(shi)(shi)一(yi)種光，與其他自然光一(yi)樣，是(shi)(shi)由原子(分子(zi)或離(li)子(zi)等)躍(yue)遷產生的(de)。 但它與(yu)普通光不(bu)同(tong)是激(ji)光僅在最初極短的(de)時間內(nei)依賴于自(zi)發(fa)輻射，此(ci)后的(de)過程(cheng)完全(quan)由激(ji)輻射決定(ding)，因此(ci)激(ji)光具(ju)有非常(chang)純正(zheng)的(de)顏色，幾乎無發(fa)散(san)的(de)方向性(xing)、極高的(de)發(fa)光強度(du)和高相(xiang)干性(xing)。

激光切割是應用激光聚焦后產生的高功率密度能量來實現的。在計算機的(de)(de)(de)(de)控(kong)制(zhi)下，通過脈(mo)(mo)沖使激(ji)光(guang)器放電，從而(er)輸(shu)出(chu)受控(kong)的(de)(de)(de)(de)重復(fu)高(gao)頻率(lv)的(de)(de)(de)(de)脈(mo)(mo)沖激(ji)光(guang)，形(xing)(xing)成一定頻率(lv)，一定脈(mo)(mo)寬的(de)(de)(de)(de)光(guang)束，該脈(mo)(mo)沖激(ji)光(guang)束經過光(guang)路傳導(dao)及(ji)反射并通過聚(ju)焦透鏡組(zu)聚(ju)焦在加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)物體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)表面上，形(xing)(xing)成一個(ge)個(ge)細微的(de)(de)(de)(de)、高(gao)能(neng)量(liang)密度(du)光(guang)斑(ban)，焦斑(ban)位(wei)于待加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)面附近，以瞬(shun)(shun)間高(gao)溫熔(rong)化或氣化被加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)材料(liao)。每(mei)一個(ge)高(gao)能(neng)量(liang)的(de)(de)(de)(de)激(ji)光(guang)脈(mo)(mo)沖瞬(shun)(shun)間就把物體(ti)(ti)表面濺射出(chu)一個(ge)細小的(de)(de)(de)(de)孔，在計算機控(kong)制(zhi)下，激(ji)光(guang)加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)頭與被加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)材料(liao)按預先繪好(hao)的(de)(de)(de)(de)圖形(xing)(xing)進行(xing)連(lian)續相對運動打(da)點，這樣(yang)就會把物體(ti)(ti)加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)成想要的(de)(de)(de)(de)形(xing)(xing)狀。

切縫時的工(gong)藝參數(切割速度(du)，激光(guang)器功率，氣體壓力等)及運動軌跡均(jun)由數控(kong)系統控(kong)制(zhi)，割縫處的(de)(de)熔渣被一定壓(ya)力的(de)(de)輔助(zhu)氣體吹除。

該圖片由注冊用戶"漫話生活"提供，版權聲明反饋

二、激光切割機的主要工藝

1、汽化切割?

在激(ji)光氣(qi)化切割(ge)過程中，材(cai)料(liao)表(biao)面溫度(du)升至沸點溫度(du)的速度(du)是如(ru)此之快(kuai)，足(zu)以(yi)避(bi)免熱傳導造成的熔(rong)化，于是部(bu)分材(cai)料(liao)汽化成蒸(zheng)汽消失，部(bu)分材(cai)料(liao)作為噴出(chu)物從切縫(feng)底部(bu)被輔助氣(qi)體流吹走。此情況下需要非常高的激(ji)光功率(lv)。

為(wei)了防止材料(liao)(liao)蒸氣(qi)冷凝到割縫壁上，材料(liao)(liao)的(de)(de)厚度(du)一定不(bu)要(yao)大大超過(guo)激光光束(shu)的(de)(de)直徑(jing)。該(gai)加(jia)工因而只(zhi)(zhi)適合于(yu)應用(yong)在必(bi)須避免有熔化(hua)材料(liao)(liao)排除的(de)(de)情況下。該(gai)加(jia)工實際上只(zhi)(zhi)用(yong)于(yu)鐵基(ji)合金(jin)很(hen)小(xiao)的(de)(de)使(shi)用(yong)領域。

該加工(gong)不(bu)能(neng)用于，像木材(cai)(cai)(cai)和(he)(he)某(mou)些(xie)陶瓷等，那些(xie)沒(mei)有熔(rong)化(hua)(hua)狀態因(yin)而不(bu)太(tai)可(ke)能(neng)讓材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)蒸氣再凝(ning)結的(de)(de)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)。另外，這些(xie)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)通常要達到更厚(hou)的(de)(de)切口。在(zai)激光(guang)(guang)氣化(hua)(hua)切割(ge)中，最(zui)優光(guang)(guang)束聚焦取決于材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)厚(hou)度和(he)(he)光(guang)(guang)束質量。激光(guang)(guang)功率和(he)(he)氣化(hua)(hua)熱對最(zui)優焦點位置只有一定(ding)的(de)(de)影響。在(zai)板材(cai)(cai)(cai)厚(hou)度一定(ding)的(de)(de)情況(kuang)下，最(zui)大切割(ge)速度反比于材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)氣化(hua)(hua)溫度。所(suo)需的(de)(de)激光(guang)(guang)功率密度要大于108W/cm2，并(bing)且取決(jue)于材(cai)料、切割深度(du)和光(guang)束焦點位置(zhi)。在板(ban)材(cai)厚度(du)一定的情況(kuang)下(xia)，假設有足夠的激(ji)光(guang)功率(lv)，最大切割速(su)度(du)受到氣(qi)體(ti)射(she)流速(su)度(du)的限制。

2、熔化切割

在激光(guang)熔(rong)化(hua)切割中(zhong)，工件被局(ju)部(bu)熔(rong)化(hua)后借助氣流把(ba)熔(rong)化(hua)的(de)(de)材料噴(pen)射(she)出去。因(yin)為材料的(de)(de)轉移只(zhi)發(fa)生在其液(ye)態情況下，所(suo)以(yi)該過程被稱作激光(guang)熔(rong)化(hua)切割。

激光(guang)(guang)(guang)光(guang)(guang)(guang)束(shu)配上(shang)高(gao)(gao)純惰性切割(ge)(ge)(ge)(ge)氣(qi)體(ti)促使(shi)熔(rong)(rong)(rong)化的材(cai)料離開割(ge)(ge)(ge)(ge)縫，而(er)氣(qi)體(ti)本身不參于(yu)切割(ge)(ge)(ge)(ge)。激光(guang)(guang)(guang)熔(rong)(rong)(rong)化切割(ge)(ge)(ge)(ge)可(ke)以得(de)到比氣(qi)化切割(ge)(ge)(ge)(ge)更高(gao)(gao)的切割(ge)(ge)(ge)(ge)速度。氣(qi)化所需的能量通常高(gao)(gao)于(yu)把材(cai)料熔(rong)(rong)(rong)化所需的能量。在激光(guang)(guang)(guang)熔(rong)(rong)(rong)化切割(ge)(ge)(ge)(ge)中，激光(guang)(guang)(guang)光(guang)(guang)(guang)束(shu)只(zhi)被部分(fen)吸收。最大切割(ge)(ge)(ge)(ge)速度隨著激光(guang)(guang)(guang)功(gong)率的增加(jia)而(er)增加(jia)，隨著板材(cai)厚度的增加(jia)和材(cai)料熔(rong)(rong)(rong)化溫度的增加(jia)而(er)幾乎反比例地減小(xiao)。在激光(guang)(guang)(guang)功(gong)率一定的情況下(xia)，限制因數(shu)就(jiu)是割(ge)(ge)(ge)(ge)縫處的氣(qi)壓和材(cai)料的熱傳導(dao)率。激光(guang)(guang)(guang)熔(rong)(rong)(rong)化切割(ge)(ge)(ge)(ge)對于(yu)鐵制材(cai)料和鈦金屬可(ke)以得(de)到無氧化切口(kou)。產生熔(rong)(rong)(rong)化但(dan)不到氣(qi)化的激光(guang)(guang)(guang)功(gong)率密度，對于(yu)鋼材(cai)料來(lai)說，在104W/cm2～105 W/cm2之(zhi)間(jian)。

3、氧化熔化切割

熔化(hua)(hua)切割(ge)一(yi)般使用(yong)惰性氣(qi)(qi)體，如果代(dai)之以氧(yang)(yang)氣(qi)(qi)或(huo)其它(ta)活性氣(qi)(qi)體，材料(liao)在(zai)激光束的(de)照(zhao)射(she)下被點燃，與氧(yang)(yang)氣(qi)(qi)發生(sheng)激烈的(de)化(hua)(hua)學反應而產(chan)生(sheng)另一(yi)熱源，使材料(liao)進一(yi)步加熱，稱(cheng)為氧(yang)(yang)化(hua)(hua)熔化(hua)(hua)切割(ge)。

由(you)于(yu)此效(xiao)應，對于(yu)相(xiang)同厚度(du)(du)的(de)結構鋼，采(cai)用該方(fang)法可(ke)得到的(de)切割速率(lv)比(bi)(bi)熔(rong)化切割要(yao)高。另一方(fang)面，該方(fang)法和(he)熔(rong)化切割相(xiang)比(bi)(bi)可(ke)能切口質(zhi)(zhi)量更差。實際(ji)上(shang)它會生(sheng)成(cheng)更寬的(de)割縫、明顯的(de)粗糙(cao)度(du)(du)、增加的(de)熱(re)影響區和(he)更差的(de)邊緣質(zhi)(zhi)量。激(ji)光火焰切割在加工精密模型和(he)尖角(jiao)時是(shi)不好的(de)(有燒(shao)掉尖角的危險)。可以使用(yong)脈沖模式的(de)激光(guang)來限制熱影響，激光(guang)的(de)功率(lv)決定切割速度。在(zai)激光(guang)功率(lv)一定的(de)情況(kuang)下(xia)，限制因數就是氧氣的(de)供應和(he)材(cai)料(liao)的(de)熱傳(chuan)導率(lv)。

4、控制斷裂切割

對于容(rong)易受熱(re)破壞的脆性材料，通過(guo)(guo)激(ji)光束加熱(re)進行高(gao)速(su)、可控(kong)的切斷，稱(cheng)為控(kong)制斷裂切割。這種(zhong)切割過(guo)(guo)程主(zhu)要(yao)內容(rong)是：激(ji)光束加熱(re)脆性材料小塊區域(yu)，引起(qi)該區域(yu)大的熱(re)梯(ti)度和嚴重的機械變(bian)形，導致(zhi)材料形成裂縫(feng)(feng)。只(zhi)要(yao)保持(chi)均衡的加熱(re)梯(ti)度，激(ji)光束可引導裂縫(feng)(feng)在(zai)任何需要(yao)的方向(xiang)產生。