激光切割技术过程参数和性能指标

激光切割技术过程参数和性能指标

激光切割技术必须对每个人都熟悉。激光切割技术是一种处理方法，它使用高能量密度激光束准确切割材料。它被广泛用于金属和非金属材料的加工中。最常见的激光切割设备是激光切割机。

激光切割机使用激光的切割原理。激光切割的核心是由高功率激光器产生的激光束。通过反射器和透镜系统，尤其是聚焦镜头，将梁聚焦到一个很小的位置，通常只有几千微米到数百微米的直径，从而在处理后材料的表面上形成非常高的能量密度。

在高能密度激光器的辐照下，材料的表面迅速加热到数千至数万摄氏度，导致材料融化，蒸发或立即燃烧。对于金属材料，也可能存在氧化反应。

在激光切割过程中，通常使用高压辅助气体（例如氧，氮，氩气或压缩空气等）。一方面，它们有助于吹走熔融或汽化的材料，另一方面，它们可以保护切割区域，减少热影响区域，并提高切割质量和速度。

激光切割的主要过程参数是切割激光功率，切口宽度，切割速度和气体流量。其他因素，例如激光束质量，镜头焦距，散焦和喷嘴，对激光切割也有很大影响。

（1）材料特性的激光功率，如果材料的表面反射率很高，则当激光照射材料表面时，更多的能量将被反射回，而不是被切割的材料吸收。因此，为了确保足够的切割能量，需要增加激光功率。同样，如果材料的热导率良好，则激光照射产生的热量将迅速在材料内部进行，从而使切割区域的温度很难提高到足以切割的水平。在这种情况下，还需要提高激光功率以提高切割效率。此外，具有高熔点的切割材料还需要更大的激光功率和功率密度。这是因为具有高熔点的材料需要更多能量才能融化或蒸发它们，从而实现了切割的目的。

（2）在某些功率条件下的切割速度，当板厚度增加时，激光束需要穿透更深的材料层才能完成切割。研究表明，切割速度和切割表面粗糙度之间的关系不是简单的线性关系，而是显示了U形变化趋势。这意味着对于不同板厚度和不同切口压力条件的材料，有一个最佳的切割速度。当以这种速度切割时，可以最大程度地减少切割表面的粗糙度值，即切割最平稳。一般而言，切割速度越快，所需的功率就越大。

（3）在熔化切割过程中气压（气体流量），激光束将材料加热到熔化温度。此时，气体吹走了液态金属以形成切口。气压必须足够大，以有效地去除熔融金属并确保切割的连续性和切口的清晰度。气流速也与喷嘴形式有关。不同的喷嘴形式对气体的分布和流动特性具有不同的影响，因此适用的气体流速也将有所不同。选择喷嘴并设置气流时，必须根据特定的切割要求和材料特性进行匹配和优化。

（4）光束质量，镜头焦距和散焦束模式通过激光输出对切割效果至关重要。基本横向模式（TEM00模式）梁被认为是激光切割中最理想的光束模式，因为其小束直径和浓缩能。实验研究表明，切口宽度几乎等于非氧辅助切割中的激光点直径。斑点大小与聚焦镜头的焦距成正比，即焦距越长，斑点越大。焦距较短，位置越小。但是，尽管短焦距镜头可以获得较小的斑点，但其焦点深度也相应降低。焦点深度越小，从工件表面到镜头的距离要求就越严格。散焦值对切割速度和切割深度具有很大的影响，并且在切割过程中必须保持不变。通常，散焦值是一个负值，即焦点位置放置在切割板表面以下的某个点。

（5）喷嘴喷嘴是影响激光切割质量和效率的重要组成部分。激光切割通常使用同轴（气流和光轴同心）喷嘴，并且应根据板厚度选择喷嘴出口直径。此外，从喷嘴到工件表面的距离也对切割质量产生了很大的影响。为了确保切割过程的稳定性，必须保持距离恒定。

工业材料的激光切割

（1）金属材料的激光切割几乎所有金属材料在室温下对红外光的反射率都很高。例如， 的吸收率仅为0.5％〜10％。10.6μm二氧化碳激光器但是，当功率密度超过时，聚焦的光束会在金属表面上发光，表面可以在微秒内开始融化。大多数熔融金属的吸收率将急剧上升，通常高达60％〜80％。因此，二氧化碳激光器已成功用于许多金属切割实践。

可通过现代激光切割系统切割的碳钢板的最大厚度已超过20mm。碳钢板的切割缝可以通过氧辅助熔融切割在令人满意的宽度范围内控制，而细钢板的切割缝可以狭窄高达0.1mm。激光切割是不锈钢板的有效加工方法。它可以在很小的范围内控制热影响区域，从而保持其耐腐蚀性。大多数合金结构钢和合金工具钢可以通过剪切来获得良好的尖端质量。

铝和铝合金不能通过氧辅助熔融切割。必须采用熔化切割机制。铝制激光切割需要非常高的功率密度，以克服其高反射率至10.6μm波长激光器。 1。波长为的YAG激光束1.06μm具有高吸收率，并且可以大大提高铝激光切割的切割质量和速度。

当用作氧气用作辅助气体时，飞机制造业常用的钛和钛合金会产生激烈的化学反应，并且切割速度很快，但是很容易在尖端上形成氧化物层，甚至会导致过度燃烧。将惰性气体用作辅助气体以确保切割质量更安全。

大多数镍基合金也可以通过氧辅助熔融切割。铜和铜合金的反射率太高，基本上不能用10.6μm二氧化碳激光切割。

（2）非金属材料的激光切割10.6μm二氧化碳激光束很容易被非金属材料吸收。它的低反射率和蒸发温度使几乎所有吸收的光能都可以传输到材料中，并立即导致蒸发形成孔，进入切割过程的良性循环。塑料，橡胶，木材，纸制品，皮革，天然织物和其他有机材料可以用激光切割。但是，木材的厚度需要受到限制。木板的厚度在75mm之内，层压板和木碎片板的厚度约为25mm。在无机材料中，可以通过激光切割石英和陶瓷。后者应用受控骨折切割，不应使用高功率。玻璃和石头通常不适合切割。

可以通过激光切割常规方法（例如复合材料，碳化物等）来处理的其他材料，但是必须通过实验选择合理的切割机制和过程参数。

在激光切割技术的实际应用中，提高切割效率，提高切割质量和降低削减成本是我们经常需要考虑的事情之一。

改善激光切割技术以提高生产效率，降低质量和降低成本可以从以下方面完成：

1。随着激光技术的发展，使用高功率激光器（例如10,000瓦激光器）可以显着提高切割速度，同时降低受热区和材料变形，从而使切割效率更高，质量更高，尤其是用于切割较厚的材料。

2。合理地调整参数，例如激光功率，切割速度，辅助气体类型和压力以及喷嘴和材料之间的距离，并根据特定的材料和切割要求进行详细的设置。通过多个测试找到最佳参数组合，以提高降低效率和质量。

3。通过自动聚焦系统，根据材料厚度和类型自动调整激光聚焦位置，以确保切割精度。

4。通过将切割头快速移动到下一个切割起点来减少非切割时间并提高整体工作效率。

5。自动检测材料边缘和倾斜角，自动调整切割路径，并减少材料浪费和预处理时间。

6.使用CNC软件模拟切割，计划最简单的切割路径，减少空笔，并改善材料利用率和切割速度。

7。定期维护和服务激光切割机，例如更换佩戴零件，清洁零件，校准设备等，以确保设备的长期稳定操作并保持最佳的切割性能。

8。保持激光切割机的工作环境清洁，以适当的温度和适度的湿度，以避免灰尘和过度湿度对设备和切割效果的影响。

9。使用更高级的CNC控制系统和软件来提高控制精度和响应速度，并支持更复杂的切割任务。

10。继续关注激光技术的新发展，例如更有效的激光源，更高级的光学系统，智能软件算法等，以不断提高切割功能。