一、?激光平面切割特性
激光切割是激光最普通也最常見的工業(yè)應(yīng)用,超過80%的高功率工業(yè)激光器被用于激光切割。它使用經(jīng)聚焦的高能量密度激光束照射工件,使被照射的材料迅速熔化、汽化、燒蝕或達(dá)到燃點(diǎn),同時(shí)借助同軸高速氣流吹除熔融物質(zhì),從而實(shí)現(xiàn)將工件割開,如下圖示:
一、?決定激光平面切割性能的要素
1)?與激光束相關(guān)的要素
主要是:
一、?決定激光平面切割性能的要素
?1)?與激光束相關(guān)的要素
主要是:
●? 激光功率, 通常激光功率越高,切割越快或切割厚度越大
●??激光模式(單模,多模),通常單模切割速度更快,多模更適合切割厚板
●??輸出形態(tài)(連續(xù)輸出,脈沖輸出),通常連續(xù)輸出切割速度快,但熱影響區(qū)相對(duì)較大,脈沖輸出切割速度較慢,但熱影響區(qū)較小
此外還有:波長(zhǎng),頻率,占空比
2)?與加工透鏡相關(guān)的要素
主要是:
●??聚焦鏡焦距:一般焦距越大,焦點(diǎn)光斑直徑就越大
●??焦點(diǎn)光斑直徑,由焦距和光纖芯徑共同決定。焦點(diǎn)光斑直徑越大,切割速度越慢,切割的厚度增加,反之亦然)。
●??焦點(diǎn)位置:即聚焦點(diǎn)到加工材料上表面的相對(duì)位置),通常氧氣切割時(shí)焦點(diǎn)在材料上表面上方,氮?dú)馇懈顣r(shí)焦點(diǎn)在材料上表面下方。
此外還有:擴(kuò)束鏡焦距,焦點(diǎn)深度(焦點(diǎn)深度越大,加工的穩(wěn)定性越高)
?
3)?與噴嘴相關(guān)的要素
●??噴嘴直徑:決定這熔化、燃燒的可限制范圍,以及輔助切割氣體的流量
●??噴嘴位置:噴嘴距離加工材料上表面的距離
●??噴嘴結(jié)構(gòu):常見有單層噴嘴,雙層噴嘴(對(duì)空氣的屏蔽效果好,利于切割氣體供應(yīng)能夠達(dá)到板厚的下部,從而提高切割質(zhì)量)
此外還有:噴嘴形狀(一般是圓形)
?
4)?與輔助氣體相關(guān)的要素
●??氣體的種類:氣體的種類影響著加工質(zhì)量和加工能力。根據(jù)輔助氣體的不同,金屬激光切割通常是熔化切割(氮?dú)猓?、氧化切割(氧氣)和空氣切割(使用壓縮空氣)。
●??輔助氣體壓力:影響著熔化金屬?gòu)那锌p中排出的情況
●??氣體的純度:氧氣的純度決定著燃燒的效率。一般氣體純度越高,切割質(zhì)量越好。
?
5)?與加工材料相關(guān)的要素
板材的材質(zhì)和厚度會(huì)影響到激光能力的消耗。材料的表面狀況會(huì)影響到吸收能量激光的穩(wěn)定性,而加工形狀又會(huì)影響到熱量的擴(kuò)散。
?
二、?各要素對(duì)激光平面切割性能的影響
在激光切割金屬的過程中,金屬材料吸收激光能量后轉(zhuǎn)化成熱量,從而熔化金屬材料。從熱平衡理論計(jì)算,總結(jié)出熔化切割具有以下經(jīng)驗(yàn)公式:
P=K*(t*v*w)
其中:
P代表材料吸收的激光功率;
K是一個(gè)固定數(shù)值,由板材決定;
t: 板材厚度
v: 切割速度
w: 切縫寬度
?
在大輪廓切割板材時(shí),采用高光束質(zhì)量(如單模)激光器時(shí),切縫寬度w可以做到較窄,同樣的激光功率就實(shí)現(xiàn)很高的切割速度。同時(shí)由于切割速度較高,熱量在切縫橫向方向積累少,切縫下表面兩側(cè)的發(fā)黃痕跡也會(huì)較窄。
采用高光束質(zhì)量(如單模)激光器在小輪廓(比如小拐角)切割板材時(shí),切割速度一般不高,但由于切縫寬度更窄,可以使用較低的激光功率,從而熱量在切縫橫向方向積累少,降低了拐角過燒。
?所以使用高光束質(zhì)量(如單模)激光器切割板材時(shí),可以提高切割質(zhì)量和切割質(zhì)量。這在薄板熔化切割中尤其突出。在厚板切割時(shí),為了利于排出更多的熔渣,一般會(huì)采用較寬的切縫,這時(shí)提高料吸收的激光功率更加有效。
激光功率, 通常激光功率越高,切割越快或切割厚度越大
l?激光模式(單模,多模),通常單模切割速度更快,多模更適合切割厚板
l?輸出形態(tài)(連續(xù)輸出,脈沖輸出),通常連續(xù)輸出切割速度快,但熱影響區(qū)相對(duì)較大,脈沖輸出切割速度較慢,但熱影響區(qū)較小
此外還有:波長(zhǎng),頻率,占空比
2)?與加工透鏡相關(guān)的要素
主要是:
l?聚焦鏡焦距:一般焦距越大,焦點(diǎn)光斑直徑就越大
l?焦點(diǎn)光斑直徑,由焦距和光纖芯徑共同決定。焦點(diǎn)光斑直徑越大,切割速度越慢,切割的厚度增加,反之亦然)。
l?焦點(diǎn)位置:即聚焦點(diǎn)到加工材料上表面的相對(duì)位置),通常氧氣切割時(shí)焦點(diǎn)在材料上表面上方,氮?dú)馇懈顣r(shí)焦點(diǎn)在材料上表面下方。
此外還有:擴(kuò)束鏡焦距,焦點(diǎn)深度(焦點(diǎn)深度越大,加工的穩(wěn)定性越高)
?
3)?與噴嘴相關(guān)的要素
l?噴嘴直徑:決定這熔化、燃燒的可限制范圍,以及輔助切割氣體的流量
l?噴嘴位置:噴嘴距離加工材料上表面的距離
l?噴嘴結(jié)構(gòu):常見有單層噴嘴,雙層噴嘴(對(duì)空氣的屏蔽效果好,利于切割氣體供應(yīng)能夠達(dá)到板厚的下部,從而提高切割質(zhì)量)
此外還有:噴嘴形狀(一般是圓形)
?
4)?與輔助氣體相關(guān)的要素
l?氣體的種類:氣體的種類影響著加工質(zhì)量和加工能力。根據(jù)輔助氣體的不同,金屬激光切割通常是熔化切割(氮?dú)猓⒀趸懈睿ㄑ鯕猓┖涂諝馇懈睿ㄊ褂脡嚎s空氣)。
l?輔助氣體壓力:影響著熔化金屬?gòu)那锌p中排出的情況
l?氣體的純度:氧氣的純度決定著燃燒的效率。一般氣體純度越高,切割質(zhì)量越好。
?
5)?與加工材料相關(guān)的要素
板材的材質(zhì)和厚度會(huì)影響到激光能力的消耗。材料的表面狀況會(huì)影響到吸收能量激光的穩(wěn)定性,而加工形狀又會(huì)影響到熱量的擴(kuò)散。
?
二、?各要素對(duì)激光平面切割性能的影響
在激光切割金屬的過程中,金屬材料吸收激光能量后轉(zhuǎn)化成熱量,從而熔化金屬材料。從熱平衡理論計(jì)算,總結(jié)出熔化切割具有以下經(jīng)驗(yàn)公式:
P=K*(t*v*w)
其中:
P代表材料吸收的激光功率;
K是一個(gè)固定數(shù)值,由板材決定;
t: 板材厚度
v: 切割速度
w: 切縫寬度?
在大輪廓切割板材時(shí),采用高光束質(zhì)量(如單模)激光器時(shí),切縫寬度w可以做到較窄,同樣的激光功率就實(shí)現(xiàn)很高的切割速度。同時(shí)由于切割速度較高,熱量在切縫橫向方向積累少,切縫下表面兩側(cè)的發(fā)黃痕跡也會(huì)較窄。
采用高光束質(zhì)量(如單模)激光器在小輪廓(比如小拐角)切割板材時(shí),切割速度一般不高,但由于切縫寬度更窄,可以使用較低的激光功率,從而熱量在切縫橫向方向積累少,降低了拐角過燒。
?所以使用高光束質(zhì)量(如單模)激光器切割板材時(shí),可以提高切割質(zhì)量和切割質(zhì)量。這在薄板熔化切割中尤其突出。在厚板切割時(shí),為了利于排出更多的熔渣,一般會(huì)采用較寬的切縫,這時(shí)提高料吸收的激光功率更加有效。