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1介紹

　　激光切割是將從激光器發(fā)射出的激光，經(jīng)光路系統(tǒng)，聚焦成高功率密度的激光束。激光束照射到工件表面，使工件達(dá)到熔點(diǎn)或沸點(diǎn)，同時(shí)與光束同軸的高壓氣體將熔化或氣化金屬吹走。隨著光束與工件相對(duì)位置的移動(dòng)，終使材料形成切縫，從而達(dá)到切割的目的。

　　激光切割加工是用不可見(jiàn)的光束代替了傳統(tǒng)的機(jī)械刀，具有精度高，切割快速，不局限于切割圖案限制，自動(dòng)排版節(jié)省材料，切口平滑，加工成本低等特點(diǎn)，將逐漸改進(jìn)或取代于傳統(tǒng)的金屬切割工藝設(shè)備。激光刀頭的機(jī)械部分與工件無(wú)接觸，在工作中不會(huì)對(duì)工件表面造成劃傷；激光切割速度快，切口光滑平整，一般無(wú)需后續(xù)加工；切割熱影響區(qū)小，板材變形小，切縫窄（0.1mm~0.3mm）；切口沒(méi)有機(jī)械應(yīng)力，無(wú)剪切毛刺；加工精度高，重復(fù)性好，不損傷材料表面；數(shù)控編程，可加工任意的平面圖，可以對(duì)幅面很大的整板切割，無(wú)需開(kāi)模具，經(jīng)濟(jì)省時(shí)。

2原理

　　激光是一種光，與其他自然光一樣，是由原子（分子或離子等）躍遷產(chǎn)生的。 但它與普通光不同是激光僅在初極短的時(shí)間內(nèi)依賴于自發(fā)輻射，此后的過(guò)程*由激輻射決定，因此激光具有非常純正的顏色，幾乎無(wú)發(fā)散的方向性、*的發(fā)光強(qiáng)度和高相干性。

　　激光切割是應(yīng)用激光聚焦后產(chǎn)生的高功率密度能量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在計(jì)算機(jī)的控制下，通過(guò)脈沖使激光器放電，從而輸出受控的重復(fù)高頻率的脈沖激光，形成一定頻率，一定脈寬的光束，該脈沖激光束經(jīng)過(guò)光路傳導(dǎo)及反射并通過(guò)聚焦透鏡組聚焦在加工物體的表面上，形成一個(gè)個(gè)細(xì)微的、高能量密度光斑，焦斑位于待加工面附近，以瞬間高溫熔化或氣化被加工材料。每一個(gè)高能量的激光脈沖瞬間就把物體表面濺射出一個(gè)細(xì)小的孔，在計(jì)算機(jī)控制下，激光加工頭與被加工材料按預(yù)先繪好的圖形進(jìn)行連續(xù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)打點(diǎn)，這樣就會(huì)把物體加工成想要的形狀。

　　切縫時(shí)的工藝參數(shù)（切割速度，激光器功率，氣體壓力等）及運(yùn)動(dòng)軌跡均由數(shù)控系統(tǒng)控制，割縫處的熔渣被一定壓力的輔助氣體吹除。

3組成部分

　　激光切割機(jī)系統(tǒng)一般由激光發(fā)生器、（外）光束傳輸組件、工作臺(tái)（機(jī)床）、微機(jī)數(shù)控柜、冷卻器和計(jì)算機(jī)（硬件和軟件）等部分組成。

　　1）機(jī)床主機(jī)部分：激光切割機(jī)機(jī)床部分，實(shí)現(xiàn)X、Y、Z軸的運(yùn)動(dòng)的機(jī)械部分，包括切割工作平臺(tái)。用于安放被切割工件，并能按照控制程序正確而的進(jìn)行移動(dòng)，通常由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

　　2）激光發(fā)生器：產(chǎn)生激光光源的裝置。對(duì)于激光切割的用途而言，除了少數(shù)場(chǎng)合采用YAG固體激光器外，絕大部分采用電-光轉(zhuǎn)換效率較高并能輸出較高功率的CO2氣體激光器。由于激光切割對(duì)光束質(zhì)量要求很高，所以不是所有的激光器都能用作切割的。高斯模式適用于小于1500W、低階模二氧化碳激光器100W-3000W、多模3000W以上。

　　3）外光路：折射反射鏡，用于將激光導(dǎo)向所需要的方向。為使光束通路不發(fā)生故障，所有反射鏡都要保護(hù)罩加以保護(hù)，并通入潔凈的正壓保護(hù)氣體以保護(hù)鏡片不受污染。一套性能良好的透鏡會(huì)將一無(wú)發(fā)散角的光束聚焦成無(wú)限小的光斑。一般用5.0英寸焦距的透鏡。7.5英寸透鏡僅用于>12mm厚材。

　　4）數(shù)控系統(tǒng)：控制機(jī)床實(shí)現(xiàn)X、Y、Z軸的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)也控制激光器的輸出功率。

　　5）穩(wěn)壓電源：連接在激光器，數(shù)控機(jī)床與電力供應(yīng)系統(tǒng)之間。主要起防止外電網(wǎng)干擾的作用。

　　6）切割頭：主要包括腔體、聚焦透鏡座、聚焦鏡、電容式傳感器和輔助氣體噴嘴等零件。切割頭驅(qū)動(dòng)裝置用于按照程序驅(qū)動(dòng)切割頭沿Z軸方向運(yùn)動(dòng)，由伺服電機(jī)和絲桿或齒輪等傳動(dòng)件組成。

　　7）操作臺(tái)：用于控制整個(gè)切割裝置的工作過(guò)程。

　　8）冷水機(jī)組：用于冷卻激光發(fā)生器。激光器是利用電能轉(zhuǎn)換成光能的裝置，如CO2氣體激光器的轉(zhuǎn)換率一般為20%，剩余的能量就變換成熱量。冷卻水把多余的熱量帶走以保持激光發(fā)生器的正常工作。冷水機(jī)組還對(duì)機(jī)床外光路反射鏡和聚焦鏡進(jìn)行冷卻，以保證穩(wěn)定的光束傳輸質(zhì)量，并有效防止鏡片溫度過(guò)高而導(dǎo)致變形或炸裂。

　　9）氣瓶：包括激光切割機(jī)工作介質(zhì)氣瓶和輔助氣瓶，用于補(bǔ)充激光震蕩的工業(yè)氣體和供給切割頭用輔助氣體。

　　10）空壓機(jī)、儲(chǔ)氣罐：提供和存儲(chǔ)壓縮空氣。

　　11）空氣冷卻干燥機(jī)、過(guò)濾器：用于向激光發(fā)生器和光束通路供給潔凈的干燥空氣，以保持通路和反射鏡的正常工作。

　　12）抽風(fēng)除塵機(jī)：抽出加工時(shí)產(chǎn)生的煙塵和粉塵，并進(jìn)行過(guò)濾處理，使廢氣排放符合環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。

　　13）排渣機(jī)：排除加工時(shí)產(chǎn)生的邊角余料和廢料等。

4行業(yè)運(yùn)用

　　金屬激光切割機(jī)應(yīng)用是非常廣泛的，囊括了很多行業(yè)，并且是很多企業(yè)必須*的設(shè)備之一，其中有廣告標(biāo)牌制作（這些主要是些不銹鋼的LOGO和標(biāo)識(shí)切割），鈑金加工（鈑金加工基本囊括了所有的金屬材料，這些一般主要是有折彎，打磨等，切割就是其中重要的一道工序），機(jī)箱機(jī)柜制作（這方面一般有用到碳鋼或者不銹鋼方面，也主要是折彎跟切割2個(gè)切割工藝流程），彈簧片（屬于精加工的過(guò)程了），地鐵零件呀，還有電梯外殼的制作奧，機(jī)械設(shè)備外殼啊，還有廚房廚具呀（不銹鋼居多點(diǎn)），其中超越激光的激光切割機(jī)設(shè)置還參與了神七神八飛船的制作，這些其實(shí)涉及到各個(gè)方面。廣泛應(yīng)用于鈑金加工、廣告標(biāo)牌字制作、高低壓電器柜制作、機(jī)械零件、廚具、汽車(chē)、機(jī)械、金屬工藝品、鋸片、電器零件、眼鏡行業(yè)、彈簧片、電路板、電水壺、醫(yī)療微電子、五金、刀量具等行業(yè)。

5主要工藝

1、汽化切割。

　　在激光氣化切割過(guò)程中，材料表面溫度升至沸點(diǎn)溫度的速度是如此之快，足以避免熱傳導(dǎo)造成的熔化，于是部分材料汽化成蒸汽消失，部分材料作為噴出物從切縫底部被輔助氣體流吹走。此情況下需要非常高的激光功率。

為了防止材料蒸氣冷凝到割縫壁上，材料的厚度一定不要大大超過(guò)激光光束的直徑。該加工因而只適合于應(yīng)用在必須避免有熔化材料排除的情況下。該加工實(shí)際上只用于鐵基合金很小的使用領(lǐng)域。

　　該加工不能用于，像木材和某些陶瓷等，那些沒(méi)有熔化狀態(tài)因而不太可能讓材料蒸氣再凝結(jié)的材料。另外，這些材料通常要達(dá)到更厚的切口。在激光氣化切割中，優(yōu)光束聚焦取決于材料厚度和光束質(zhì)量。激光功率和氣化熱對(duì)優(yōu)焦點(diǎn)位置只有一定的影響。在板材厚度一定的情況下，大切割速度反比于材料的氣化溫度。所需的激光功率密度要大于108W/cm2，并且取決于材料、切割深度和光束焦點(diǎn)位置。在板材厚度一定的情況下，假設(shè)有足夠的激光功率，大切割速度受到氣體射流速度的限制。

2、熔化切割。

　　在激光熔化切割中，工件被局部熔化后借助氣流把熔化的材料噴射出去。因?yàn)椴牧系霓D(zhuǎn)移只發(fā)生在其液態(tài)情況下，所以該過(guò)程被稱作激光熔化切割。

　　激光光束配上高純惰性切割氣體促使熔化的材料離開(kāi)割縫，而氣體本身不參于切割。激光熔化切割可以得到比氣化切割更高的切割速度。氣化所需的能量通常高于把材料熔化所需的能量。在激光熔化切割中，激光光束只被部分吸收。大切割速度隨著激光功率的增加而增加，隨著板材厚度的增加和材料熔化溫度的增加而幾乎反比例地減小。在激光功率一定的情況下，限制因數(shù)就是割縫處的氣壓和材料的熱傳導(dǎo)率。激光熔化切割對(duì)于鐵制材料和鈦金屬可以得到無(wú)氧化切口。產(chǎn)生熔化但不到氣化的激光功率密度，對(duì)于鋼材料來(lái)說(shuō)，在104W/cm2～105 W/cm2之間。

3、氧化熔化切割（激光火焰切割）。

　　熔化切割一般使用惰性氣體，如果代之以氧氣或其它活性氣體，材料在激光束的照射下被點(diǎn)燃，與氧氣發(fā)生激烈的化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生另一熱源，使材料進(jìn)一步加熱，稱為氧化熔化切割。

　　由于此效應(yīng)，對(duì)于相同厚度的結(jié)構(gòu)鋼，采用該方法可得到的切割速率比熔化切割要高。另一方面，該方法和熔化切割相比可能切口質(zhì)量更差。實(shí)際上它會(huì)生成更寬的割縫、明顯的粗糙度、增加的熱影響區(qū)和更差的邊緣質(zhì)量。激光火焰切割在加工精密模型和尖角時(shí)是不好的（有燒掉尖角的危險(xiǎn)）。可以使用脈沖模式的激光來(lái)限制熱影響，激光的功率決定切割速度。在激光功率一定的情況下，限制因數(shù)就是氧氣的供應(yīng)和材料的熱傳導(dǎo)率。

4、控制斷裂切割。

　　對(duì)于容易受熱破壞的脆性材料，通過(guò)激光束加熱進(jìn)行高速、可控的切斷，稱為控制斷裂切割。這種切割過(guò)程主要內(nèi)容是：激光束加熱脆性材料小塊區(qū)域，引起該區(qū)域大的熱梯度和嚴(yán)重的機(jī)械變形，導(dǎo)致材料形成裂縫。只要保持均衡的加熱梯度，激光束可引導(dǎo)裂縫在任何需要的方向產(chǎn)生。