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      濟南金維激光設備有限公司

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    新聞動態/ NEWS CENTER

    總結激光切割機種類

          激光切割機大致可分為汽化切割機、熔化切割機、氧助熔化切割機和控制斷裂切割機,其中以氧助熔化切割機應用最廣,根據切割材料可分為金屬激光切割機和非金屬激光切割機。

    1.汽化切割機

    當高功率密度的激光照射到工件表面時,材料在極短的時間內被加熱至汽化點,部分材料化作蒸氣逸去,形成割縫,其功率密度一般為10*W/cm級,是熔化切割機制所需能量的10倍,這是大部分有機材料和陶瓷所采用的切割方式。汽化切割機理可具體描述如下:

    (1)激光束照射工件表面,光束能量部分被反射,剩余部分被材料吸收,反射率隨著表面繼續加熱而下降。

    工件表溫升高到材料沸點溫度的速度非???,足以避免熱傳導造成的熔化。蒸氣從工件表面以近聲速飛快逸出,其加速力在材料內部產生應波,當功率密度大于10°W/cm2時,應力波在材料內的反射會導致脆性材料碎裂,同時它也升高蒸發前沿壓力,提高汽化溫度。

    (4)蒸氣隨身帶走熔化質點和沖刷碎屑,形成孔洞,汽化過程中,60%的材料以熔滴形式被去除。

    (5)當功率密度大于108W/cm2時,形成類似于點載荷的應力場,應力波在材料內部反射如發生過熱,來自孔洞的熱蒸氣由于高的電子密度會反射和吸收入射激光束。這里存在一個最佳功率密度,對不銹鋼,其值為5×108W/cm2,超此值,蒸氣吸收阻擋了增加的功率,吸收波開始從工件表面朝光束方向移開。

    (7)對某些光束局部可透的材料,熱量在內部吸收,蒸發前沿發生內沸騰,以表面下爆炸形式去除材料。

    2.熔化切割機

    利用一定功率密度的激光加熱熔化工件,同時借與光束同軸的非氧化性輔助氣流把孔洞周圍的熔融材料吹除、帶走,形成割縫。其所需功率密度約為汽化切割的1/10。熔化切割的機理可概括如下:

     (1)激光束射到工件表面,除反射損失外,剩下能量被吸收,加熱材料并蒸發出小孔。

    (2)小孔形成后,作為黑體吸收所有光束能量,被熔化金屬壁所包圍,依靠蒸氣流高速流動,使熔壁保持相對穩定。

    (3)熔化等溫線貫穿工件,依靠輔助氣流噴射壓力將熔化材料吹走。隨著工件移動,小孔橫移并留下一條切縫,激光束繼續沿著這條縫的前沿照射,熔化材料持續或脈動地從縫內被吹掉。對薄板材料,切割速度過慢會使大部分激光束直接通過切口白白損失能量,速度提高使更多光束照射材料,增加與材料的藕合功率,獲得保證切割質量的較寬參數調節區。對厚板材料,由于激光蒸發作用或熔化產物移去速度不夠快,光束在割縫內材料切面上多次反射,只要熔化產物能在它被冷氣流凝團前除去,切割過程將繼續進行。所有激光切割口邊緣都呈條紋狀,其原因是:切割過程開始于導致氧燃燒的某功率值,而在較低的功率水平停止;切割斷面陡立,以致在它上面的功率密度不能持續地維持熔化過程,而在切割面形成臺階,使切割面在切割過程中間歇地前進;切割產生的吸收或反射等離子或煙霧可引起間歇效應。

    3.氧助熔化切割機

    利用激光將工件加熱至其燃點,利用氧或其他活性氣體使材料燃燒,由于熱基質的點燃,除激光能量外的另一熱源同時產生,同時作為切割熱源。氧助溶化切割其機制較為復雜,簡要分析如下:

    (1)在激光照射下,材料表面加熱到達燃點溫度。隨之與氧氣接觸,發生激烈燃燒反應,放出大量熱量。在此熱量作用下,材料內部形成充滿蒸氣的小孔。小孔周圍被熔融金屬壁所包圍。

    (2)蒸氣流運動使周圍熔融金屬壁向前移動,并發生熱量和物質轉移。

    (3)氧和金屬的燃燒速度受控于燃燒物質轉移成熔渣,和氧氣擴散通過熔渣到達點火前沿的速度。氧氣流速越高,燃燒化學反應和材料去除速度也越快。同時,也導致切縫出口處反應產物—氧化物的快速冷卻。

    (4)最后達到燃點溫度的區域,氧氣流作為冷卻劑,縮小熱影響區。

    (5)顯然,氧助切割存在著兩個熱源:激光照射能和氧一金屬放熱反應能。粗略估計,切割鋼時,氧放熱反應提供的能量要占全部切割能量的60%左右。很明顯,與惰性氣體比較,使用氧作為輔助氣體可獲得較高的切割速度。

    (6)在有兩個熱源的氧助切割過程中,存在著兩個切割區域:一個區域是氧燃燒速度高于光束行進速度,這時割縫寬且粗糙;另一個區域是激光束行進速度比氧燃燒速度快,所得切縫狹窄而光滑。這兩個區域間的轉折是個突變。

    4.控制斷裂切割機

    通過激光束加熱,易受熱破壞的脆性材料高速、可控地切斷,稱為控制斷裂切割。其切割機理可概括為:激光束加熱脆性材料小塊區域,引起溫度梯度劇變和隨之而來的嚴重熱變形,使材料形成裂縫??刂茢嗔亚懈钏俣瓤?,只需很小的激光功率,功率太高會造成工件表面熔化,并破壞切縫邊緣??刂茢嗔亚懈钪饕煽貐凳羌す夤β屎凸獍叱叽?。

     

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