精密激光切割加工
● 切割過程
1、汽化切割
在高功率密度激光束的加熱下，材料的表面溫度迅速上升到沸點溫度，從而避免了由熱傳導(dǎo)引起的熔化。然后，一些材料汽化成蒸汽并消失，并且一些材料隨著輔助氣流的噴射而從狹縫的底部吹走。
通過這種汽化切割方法切割并形成一些非熔融材料，例如木材，碳和一些塑料。
在汽化切割過程中，蒸汽帶走熔融顆粒并沖刷碎屑，形成孔。
在汽化過程中，約40％的材料被汽化，而60％的材料則以液滴形式被氣流排出。
2、熔切
當(dāng)入射激光束的功率密度超過一定值時，光束照射點內(nèi)的材料開始蒸發(fā)，形成孔。孔形成后，它會變成黑體，吸收所有入射光束的能量。孔被熔融金屬壁包圍，與光束對齊的輔助氣流將熔融材料運送到孔周圍。隨著工件的移動，孔與切削方向同步地水平移動以形成狹縫。激光束繼續(xù)沿著狹縫的前部照射，熔化的材料連續(xù)或脈沖地從狹縫吹走。
3、氧化融化
通常，惰性氣體用于熔融切割。如果改用氧氣或其他活性氣體，則會在激光束的照射下點燃材料，并且與氧氣的強烈化學(xué)反應(yīng)會產(chǎn)生另一種熱源，稱為氧化熔融切割。具體描述如下：
材料表面在激光束照射下被迅速加熱到點火點的溫度，隨后與氧氣劇烈燃燒反應(yīng)，釋放出大量的熱量。在這種熱量的作用下，在材料內(nèi)部形成了充滿蒸汽的孔，這些孔被熔融的金屬壁包圍。氧氣和金屬的燃燒速率受燃燒物質(zhì)向爐渣中的轉(zhuǎn)移的控制，而氧氣通過爐渣擴散到點火前沿的速度也對燃燒速率有很大影響。氧氣流速越高，燃燒化學(xué)和除渣速度越快。當(dāng)然，氧氣流速越高越好，因為流速太快會導(dǎo)致在狹縫出口處產(chǎn)生反應(yīng)產(chǎn)物，即金屬氧化物的快速冷卻，這也不利于切割質(zhì)量。顯然，在氧化熔化和切割過程中有兩個熱源，即激光輻照能量和氧與金屬的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的熱量。據(jù)估計，切割鋼中氧化反應(yīng)釋放的熱量約占切割所需總能量的60％。顯然，與惰性氣體相比，通過使用氧氣作為輔助氣體可以獲得更高的切割速度。如果氧氣的燃燒速率高于激光束的移動速度，則縫隙將顯得寬而粗糙。如果激光束移動的速度快于氧氣燃燒的速度，則縫隙將變得狹窄且光滑。
4、控制容易
對于易受熱損壞的脆性材料，通過激光束加熱進行的高速可控切割稱為受控斷裂切割。該切割過程的主要內(nèi)容是激光束加熱了脆性材料的小面積，這會導(dǎo)致該區(qū)域中較大的熱梯度和嚴重的機械變形，從而導(dǎo)致材料中形成裂紋。在均勻的加熱梯度下，激光束可以沿所需的任何方向引導(dǎo)折斷。應(yīng)當(dāng)指出的是，這種受控的斷裂切割不適用于切割銳角和棱角邊緣的狹縫。
切割大的封閉形狀并不容易獲得成功。
控制斷裂的切割速度快，不需要太高的功率，否則會導(dǎo)致工件表面熔化，破壞切割縫的邊緣。主要控制參數(shù)是激光功率和光斑大小。
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