【編者按】淺析激光切割機(jī)工作原理及應(yīng)用中的優(yōu)勢。

激光在在教學(xué)、軍事、工業(yè)上都有應(yīng)用署咽。其中激光切割機(jī)就是其應(yīng)用之一。激光切割機(jī)在金屬與非金屬的切上都有運(yùn)用生音。利用激光束使材料表面的融化宁否。本文將講述激光切割機(jī)的原理。

激光切割機(jī)原理——介紹

激光切割機(jī)技術(shù)采用激光束照射到金屬板材表面時(shí)釋放的能量缀遍。使金屬板材熔化并由氣體將溶渣吹走慕匠。由于激光力量非常集中，所以只有少量熱傳到金屬板材的其它部分域醇，造成的變形很小或沒有變形隔阔。利用激光可以非常準(zhǔn)確地切割復(fù)雜形狀的坯料，所切割的坯料不必再作進(jìn)一步的處理肖升。

激光源一般用二氧化碳激光束贵式，工作功率為500～5000瓦。該功率的水平比許多家用電暖氣所需要的功率還低拦袍，由于通過透鏡和反射鏡衬榕，激光束聚集在很小的區(qū)域。能量的高度集中能夠進(jìn)行迅速局部加熱乓托，使金屬板材溶化结憾。

利用激光切割設(shè)備可切割16mm以下的不銹鋼矢老，在激光束中加氧氣可切割8～10mm厚的不銹鋼剿营，但加氧切割后會(huì)在切割面形成薄薄的氧化膜。切割的最大厚度可增加到16mm斋葱，但切割部件的尺寸誤差較大千绍。

作為高科技的激光技術(shù)，自問世以來溃蛙，就一直針對(duì)不同的社會(huì)需求研發(fā)出適合各行業(yè)的激光產(chǎn)品灌旧，如激光打印機(jī)，激光美容機(jī)绰筛，激光打標(biāo)數(shù)控激光切割機(jī)機(jī)枢泰，激光切割機(jī)等產(chǎn)品描融，由于國內(nèi)激光產(chǎn)業(yè)起步較晚，在技術(shù)研發(fā)上很大程度落后于一些發(fā)達(dá)國家衡蚂，目前國內(nèi)的激光產(chǎn)品生產(chǎn)廠家生產(chǎn)出來的激光產(chǎn)品窿克，一些關(guān)鍵的零配件如激光管，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)毛甲，振鏡年叮，聚焦鏡等還是采用進(jìn)品的。這就造成了成本的上升玻募，也加重了消費(fèi)者的承擔(dān)只损。

近年來，隨著國內(nèi)激光技術(shù)的進(jìn)步七咧，在整機(jī)及一些零配件的研發(fā)生產(chǎn)上已逐漸向國外先進(jìn)產(chǎn)品靠攏跃惫。在某些方面甚至優(yōu)于國外產(chǎn)品，再加上介格的優(yōu)勢橙缔，在國內(nèi)市場還是占據(jù)主導(dǎo)地位拟国。但是在一些精密加工及設(shè)備、穩(wěn)定性和耐性方面元渺，國外先進(jìn)產(chǎn)品還是占據(jù)絕對(duì)的優(yōu)勢的排卷。

激光切割機(jī)原理——原理

在激光切割機(jī)中，其主要工作的是激光管勉溉，因此我們要了解激光管径肖。

都清楚的知道激光設(shè)備中，激光管的重要性肯锻，下面就以現(xiàn)今最為普遍的一種激光管來進(jìn)行判定伍愕。CO2激光管！

激光管的組成是采用一種硬質(zhì)的玻璃制造的户犯，因此是一種易碎蓉庆，易裂的物質(zhì)。要想了解CO2激光管糜透，就必須先要了解激光管的結(jié)構(gòu)撤宽，像這種二氧化碳激光器采用的都是層套筒式結(jié)構(gòu)，最為里面的是一層放電管粤咪。然而二氧化碳的激光器放電管的直徑比激光管的本身都還要粗谚中，放電管的粗細(xì)跟光斑的大小所引起的衍射反應(yīng)成為一種正比，管長的長短跟放電管的輸出功率也形成了一種比例寥枝。

激光切割機(jī)在運(yùn)作過程中宪塔，激光管會(huì)產(chǎn)生很大熱量，影響了切割機(jī)正常工作囊拜，因此需要特域冷水機(jī)來冷卻激光管某筐，確保激光切割機(jī)在恒溫狀態(tài)下正常工作比搭。200W的激光器選用CW－6200就可以了，制冷量5．5KW南誊；650W的激光器要選用CW－7800敢辩，制冷量能達(dá)到23KW。

激光切割機(jī)原理——切割特點(diǎn)

激光切割的優(yōu)點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)Ⅰ——效率高

因激光的傳輸特性弟疆，激光切割機(jī)上一般配有多臺(tái)數(shù)控工作臺(tái)戚长，整個(gè)切割過程可以全部實(shí)現(xiàn)數(shù)控。操作時(shí)怠苔，只需改變數(shù)控程序同廉，就可適用不同形狀零件的切割，既可進(jìn)行二維切割义黑，又可實(shí)現(xiàn)三維切割防蚓。

優(yōu)點(diǎn)Ⅱ——速度快

功率為1200W的激光切割2mm厚的低碳鋼板，切割速度可達(dá)600cm／min慷递；切割5mm厚的聚丙烯樹脂板儒剧，切割速度可達(dá)1200cm／min。材料在激光切割時(shí)不需要裝夾固定祸芙。

優(yōu)點(diǎn)Ⅲ——切割質(zhì)量好

一：激光切割切口細(xì)窄停唐，切縫兩邊平行并且與表面垂直，切割零件的尺寸精度可達(dá)±0．05mm钱锉。

二：切割表面光潔美觀时憾，表面粗糙度只有幾十微米，甚至激光切割可以作為最后一道工序诊捆，無需機(jī)械加工鸽拱，零部件可直接使用。

三：材料經(jīng)過激光切割后纸措，熱影響區(qū)寬度很小谓苟，切縫附近材料的性能也幾乎不受影響，并且工件變形小协怒，切割精度高涝焙，切縫的幾何形狀好，切縫橫截面形狀呈現(xiàn)較為規(guī)則的長方形斤讥。激光切割纱皆、氧乙炔切割和等離子切割方法的比較見表1湾趾，切割材料為6．2mm厚的低碳鋼板芭商。

優(yōu)點(diǎn)Ⅳ——切割非接觸

激光切割時(shí)割炬與工件沒有直接接觸，不存在有工具的磨損搀缠。加工不同形狀的零件铛楣，不需要更換“刀具”近迁，只需改變激光器的輸出參數(shù)。激光切割過程噪聲低簸州，振動(dòng)小鉴竭，污染小。

優(yōu)點(diǎn)Ⅴ——可切割材料多

與氧乙炔切割和等離子切割比較岸浑，激光切割材料的種類多搏存，包括金屬、非金屬慷郎、金屬基和非金屬基復(fù)合材料啡产、皮革、木材及纖維等促驶。

激光切割機(jī)原理——切割方式

Ⅰ汽化切割

是指被加工材料的去除主要是通過使材料汽化的方式進(jìn)行的肢有。

在汽化切割過程中，工件表而在聚焦激光束的作用下物遗，溫度迅速上升到汽化溫度涣恤，材料大量汽化，形成的高壓蒸氣以超音速向外噴射插撩。同時(shí)在激光作用區(qū)內(nèi)形成“孔洞”络骤，激光束在孔洞內(nèi)多次反射又使材料對(duì)激光的吸收豐迅速提高。

在高壓蒸氣高速噴射的過程中摹院，切縫內(nèi)的熔融物被同時(shí)從切縫處吹走柱洽，直至將工件切斷。內(nèi)于汽化切割主要靠使材料汽化的方式進(jìn)行鲁修，因此所需的功率密度很高本谜，一般應(yīng)達(dá)到每平方厘米就有10的八次方瓦以上。

汽化切割是激光切割一些低燃點(diǎn)材料（如木材偎窘、碳和某些塑料）以及難熔性材料（如陶瓷等）時(shí)常采月的方法乌助。用脈沖激光器切割材料時(shí)也多采用汽化切割的方法。

Ⅱ反應(yīng)熔化切割

在熔化切割中．如果輔助氣流不僅僅是把切縫內(nèi)的熔融物吹走陌知，而且還能夠與工件發(fā)生改熱反應(yīng)他托，使切割過程增加另—熱源，這樣的切割稱為反應(yīng)熔化切割仆葡。通常能與工件發(fā)生反應(yīng)的氣體是氧氣或含有氧氣的混合氣休赏参。

當(dāng)工件表面溫度達(dá)到燃點(diǎn)溫度時(shí)，就會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的燃燒放熱反應(yīng)沿盅，可大大提高激光切割的能力把篓。對(duì)于低碳鋼和不銹鋼，燃燒放熱反應(yīng)提供的能量是60％。對(duì)于鈦等活性金屬韧掩，燃燒提供的能量大約是90％紊浩。

因此，反應(yīng)熔化切割與激光汽化切割柒汉、—般熔化切割相比绒催，所需的激光功率密度更低，僅為汽化切割的1／20监昏，熔化切割的1／2斜州。然而，在反應(yīng)熔化切割中承副，內(nèi)于燃燒反應(yīng)會(huì)使材料表面發(fā)生一些化學(xué)變化岭限，從而對(duì)工件的性能會(huì)有影響。

Ⅲ熔化切割

在激光切割過程中败饵，如果增加一個(gè)與激光束同軸的輔助吹氣系統(tǒng)酣器，使切割過程中熔融物的去除不是單靠材料汽化本身，而主要是依靠高速輔助氣流的吹動(dòng)作用熊过，將熔融物連續(xù)不斷地從切縫中吹走吝重，這樣的切割過程稱為熔化切割。

在熔化切割過程中胖真，工件溫度不再需要被加熱到汽化溫度以上沦匿，因此所需的激光功率密度可大大降低。由材料熔化與汽化的潛熱比可知振峻，熔化切割所需激光功率僅為汽化切割方法的1／10臼疫。

Ⅳ激光劃片

這種方法主要用于：半導(dǎo)體材料；利用功率密度很高的激光束在半導(dǎo)體構(gòu)料工件表面劃出—個(gè)個(gè)淺的溝槽扣孟，由于這種溝槽削弱了半導(dǎo)體材料的結(jié)合力．可通達(dá)機(jī)械的方法或振動(dòng)的方法使其斷裂烫堤。激光劃片的質(zhì)量用表面碎片和熱影響區(qū)的大小來衡量。

Ⅴ冷切割

這是一種新型加工方法凤价，是隨著最近幾年紫外波段的高功率準(zhǔn)分子激光器的出現(xiàn)而提出來的鸽斟。它的基本原理：紫外光子的能量同許多有機(jī)材料的結(jié)合能相近，用這樣的高能光子去撞擊有機(jī)材料的結(jié)合鍵并使其破裂利诺。從而達(dá)到切割的目的富蓄。這種新技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景，持別是在電子行業(yè)中的應(yīng)用會(huì)很廣慢逾。

Ⅵ熱應(yīng)力切割

脆性材料在激光束的加熱下．其表面易產(chǎn)生較大的應(yīng)力．從而能夠整齊立倍、迅油地通過激光加熱的應(yīng)力點(diǎn)引起斷裂．這樣的切割過程稱為激光熱應(yīng)力切割。熱應(yīng)力切割的機(jī)理為：激光束加熱脆性材料的某一區(qū)域．使其產(chǎn)生明顯的溫度梯度侣滩。

工件表面溫度較高要發(fā)生膨脹．而工件內(nèi)層溫度較低要阻礙膨脹口注，結(jié)果在工件表面產(chǎn)生拉應(yīng)力．內(nèi)層產(chǎn)生徑向的擠壓應(yīng)力变擒。當(dāng)這兩種應(yīng)力超過工件本身的斷裂極限強(qiáng)度時(shí)。便會(huì)在工件上出現(xiàn)裂紋辐逝。使得工件沿裂紋斷開。熱應(yīng)力切割的速度—股為m／s量級(jí)绣嫉。這種切割方法適用于切割玻璃黄惭、陶瓷等材料。

總結(jié)：激光切割機(jī)是利用激光特性以及鏡片聚焦使能量集中將材料表面融化或氣化的一種切割技術(shù)普计∷罡可以做到切割質(zhì)量好、速度快迂唤、切割材料多五妹、效率高等優(yōu)點(diǎn)。

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