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这些激光切割的基础知识,你务必掌握(1)!

        早在 20 世纪 70 年代,激光便开始首次应用于切割领域。在现代工业生产环境下,激光切割在多种材料加工方面有着更广泛的运用,这些材料包括钣金、塑料、玻璃、陶瓷、半导体、纺织品、木材以及纸质材料等。


激光切割

   当聚焦的激光束投射到工件上时,照射区域的温度会迅速升高,这会导致材料熔化或者气化。当激光束贯穿工件后,切割流程随即开启:激光束沿着轮廓线行进,在此过程中材料不断熔化。一般而言,会有一股喷射气流把熔融物从切口处清除,这样在切割部分和板架之间就会出现一条窄缝,该窄缝的宽度与聚焦激光束的宽度近乎一致。

火焰切割


   火焰切割是在切割低碳钢时所运用的一种标准工艺,其使用的切割气体是氧气。氧气被加压至高达6bar后吹入切口。在切口处,受热的金属会和氧气产生反应,即开始燃烧与氧化。这一化学反应会释放出大量能量,该能量可达激光能量的五倍,能够辅助激光束完成切割工作。

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图1 激光束熔化工件,切割气吹走切口中的熔融材料和熔渣

熔化切割

熔化切割是切割金属时所采用的另一种标准工艺,除此之外,它还能用于切割像陶瓷之类的其他可熔材料。

其切割气为氮气或者氩气,气压处于 2 - 20bar 的气体从切口吹过。由于氩气和氮气属于惰性气体,这就表明它们不会和切口中处于熔化状态的金属发生反应,只是将这些熔化的金属往底部吹走。与此同时,惰性气体还能对切割边缘起到保护作用,防止其被空气氧化。


压缩空气切割

薄板的切割也可以使用压缩空气来完成。当把空气加压到 5 - 6bar 时,这样的压力就足够将切口内的熔融金属吹走。因为空气中差不多 80% 都是氮气,所以从本质上来说,压缩空气切割属于熔化切割这一类型。

 

等离子体辅助切割

倘若参数选择合适,在等离子体辅助熔化切割的切口中会有等离子体云出现。这种等离子体云是由电离的金属蒸气和电离的切割气共同组成的。等离子体云能够吸收 CO2 激光的能量,并将其传递到工件上,如此一来,就有更多的能量与工件相互作用,材料也就会更快地熔化,切割速度因此得以提高。所以,这种切割过程也被称作高速等离子体切割。

此外,由于等离子体云相对于固体激光是透明的,这就决定了等离子体辅助熔化切割只能使用 CO2 激光这一种类型。

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气化切割


气化切割是通过将材料蒸发的方式,来尽可能降低对周围材料产生的热效应影响。当使用连续 CO2 激光对低热量、高吸收性的材料进行加工时,就能够实现这样的效果,比如薄的塑料薄膜,还有木材、纸、泡沫这类不会熔化的材料。

超短脉冲激光的出现使得这项技术能够应用于其他材料。在金属中,自由电子会吸收激光并迅速升温。激光脉冲不会和熔融的粒子以及等离子体发生反应,材料会直接升华,而且没有时间将能量以热量的形式传递给周围材料。皮秒脉冲在烧蚀材料的时候,不会产生明显的热效应,也不会出现熔化和毛刺的现象。

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图3 气化切割:激光使材料蒸发,燃烧。蒸气的压强使熔渣从切口排出

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