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激光切割的几种方式有哪些?

  1.熔化切割

  在激光熔化切割中,工件部分熔化,然后借助气流将熔化的材料喷射出来。由于材料的转移仅发生在液态,因此该过程称为激光熔化切割。

  激光束与高纯度惰性切割气体耦合,迫使熔融材料离开切割间隙,而气体本身不参与切割。激光熔化切割可以实现比气化切割更高的切割速度。气化所需的能量通常高于熔化材料所需的能量。在激光熔化切割中,激光束仅被部分吸收。最大切割速度随着激光功率的增加而增加,并且几乎随着板材厚度和材料熔化温度的增加而降低。当激光功率恒定时,限制因素是狭缝处的气压和材料的导热率。激光熔融切割可以对铁材料和钛金属进行无氧化切割。对于钢铁材料来说,产生熔化但不汽化的激光功率密度在104W/cm2至105W/cm2之间。



  2.汽化切割

  激光汽化切割过程中,材料表面温度上升到沸点温度的速度非常快,足以避免因热传导而导致熔化,因此部分材料汽化成蒸汽消失,部分材料消失,材料被辅助气流以喷射方式从狭缝底部吹走。这种情况需要非常高的激光功率。

  为了防止材料蒸气凝结在狭缝壁上,材料的厚度不得大大超过激光束的直径。因此,该工艺仅适用于必须避免去除熔融材料的应用。这种处理实际上仅用于铁基合金的极小使用领域。

  该工艺不能用于不处于熔融状态的材料,例如木材和一些陶瓷,因此不可能使材料蒸气再凝结。此外,这些材料通常需要更厚的切割。在激光蒸汽切割中,最佳光束聚焦取决于材料厚度和光束质量。激光功率和汽化热对最佳焦点位置只有一定的影响。当板材厚度一定时,最大切割速度与材料的气化温度成反比。所需的激光功率密度大于108W/cm2.取决于材料、切割深度和光束焦点位置。当板材厚度一定时,假设有足够的激光功率,最大切割速度受到气体射流速度的限制。


  3.控制断裂切割

  对于易受热损坏的脆性材料,通过激光束加热进行高速、可控切割称为控制断裂切割。这种切割过程的主要内容是:激光束加热脆性材料的一小块区域,使该区域产生较大的热梯度和严重的机械变形,从而导致材料形成裂纹。只要保持均匀的加热梯度,激光束就可以在任何所需的方向上引导裂纹的产生。


  4.氧化熔化切割(激光火焰切割)

  熔化切割一般使用惰性气体。如果用氧气或其他活性气体代替,则材料在激光束的照射下会被点燃,并与氧气发生剧烈反应。化学反应产生另一个热源进一步加热材料,称为氧化熔化切割。

  由于这种效应,对于相同厚度的结构钢,采用该方法实现的切割速率高于熔化切割。另一方面,这种方法可能导致切割质量比熔切差。它实际上会产生更宽的切口、显着的粗糙度、增加的热影响区和较差的边缘质量。激光火焰切割在加工精密模型和尖角时效果不佳(存在烧毁尖角的风险)。使用脉冲模式激光可以限制热效应,激光的功率决定切割速度。当激光功率恒定时,限制因素是氧气的供应和材料的导热率。


  延伸阅读:


  激光切割是利用高能量密度激光束精确切割材料的技术。它将激光聚焦成一个很小的光斑,照射到被加工材料的表面,使该区域的材料在短时间内吸收大量的光。它能迅速升温至蒸发温度,实现汽化或熔化。在金属材料切割中,除了气化、熔化外,还采用高速喷射气体(如氮气、氧气等)。一方面,熔化的材料被吹走,形成切缝。另一方面,氧气也可以用来加速切割过程,燃烧反应以提高切割速度。


  激光切割具有以下特点:


  1.高精度:由于激光束可以聚焦到很小的直径,因此可以实现狭缝垂直的极其精确的切割。

  2.热影响区小:与传统热切割方法相比,激光切割对切口邻近区域的影响较小,从而减少工件变形。

  3.应用范围广:几乎所有金属材料和许多非金属材料(如塑料、木材、陶瓷、布料、橡胶等)都可以用激光切割。

  4.自动化程度高:激光切割设备通常与计算机数控系统相结合,实现复杂形状零件的自动编程和切割。

  5.例如在医疗领域,包皮激光切割手术也因其出血少、痛苦小、恢复快、切口美观等优点而得到广泛应用。

  需要注意的是,激光切割过程中会产生烟雾、灰尘和有害气体。操作人员必须采取严格的安全防护措施,包括佩戴防护眼镜、口罩、防尘服,并保证工作环境通风良好,确保预防职业病的发生。


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