激光氣化及切割應(yīng)用

關(guān)于激光氣化及切割應(yīng)用第1頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五3.6、激光切割技術(shù)1、激光切割的原理及分類2、激光切割的影響因素3、激光切割系統(tǒng)4、激光切割的特點5、激光切割的典型應(yīng)用第2頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五1、激光切割的原理

激光切割是利用聚焦的高功率密度激光束照射工件，在超過激光域值的激光功率密度的前提下，激光束的能量以及活性氣體輔助切割過程所附加的化學反應(yīng)熱能全部被材料吸收，由此引起激光作用點的溫度急劇上升。達到沸點后材料開始汽化，并形成孔洞，隨著光束與工件的相對運動，最終使材料形成切縫，切縫處的熔渣被一定的輔助氣體吹除。

激光切割可分為汽化切割，熔化切割和氧助燃切割。以氧助燃切割為應(yīng)用最廣。從切割不同材料可分為金屬激光切割和非金屬激光切割。CuttingdirectionAssistantgasnozzleSpacebetweennozzle&workpieceMeltmaterialCuttingslotGasflow第3頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五(1)汽化切割汽化切割是激光束加熱工件至沸點以上的溫度，部分材料以蒸汽形式逸出，部分材料作為噴射物從切割底部吹走，其所需的激光切割能量是熔化切割的10倍。其機制如下：①激光加熱材料，部分反射，部分吸收，材料反射率隨溫度升高而下降。②激光作用區(qū)溫升快，足以避免熱傳導造成熔化。③蒸汽從工件表面以近似聲速飛快逸出。

汽化切割只應(yīng)用于那些不能熔化的木材，塑料和碳素等材料。

飛秒激光切割屬于氣化切割.第4頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五(2)熔化切割

熔化切割是當激光束功率密度超過一定值時，工件內(nèi)部蒸發(fā)形成孔洞，然后與光軸式吹以輔助惰性氣體，把孔洞周圍的熔融材料驅(qū)除帶走。

熔化切割的機制為：①激光束照射工件，除反射外其余能量加熱材料并蒸發(fā)成小孔。②一旦小孔形成，它以黑體全部吸收光能，小孔被熔化金屬壁所包圍，依靠蒸汽流高速流動使熔壁保持相對穩(wěn)定。③熔化等溫線貫穿工件，依靠輔助吹氣將熔化材料吹走。④隨工件的移動，小孔橫移一條切縫。第5頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五(3)氧助熔化切割氧助熔化切割的機理是：①在激光照射下，材料達到Tm溫度，隨之與氧接觸，發(fā)生劇烈燃燒反應(yīng)，放出大量熱量，在激光和此熱量共同作用下材料內(nèi)部形成充滿蒸汽的小孔，小孔周圍被熔融氣體包圍；②蒸汽流動使周圍熔融金屬壁向前移動，并發(fā)生熱量和物質(zhì)轉(zhuǎn)移；③氧和金屬的燃燒速度受燃燒物質(zhì)轉(zhuǎn)換成熔渣的限制，氧氣擴散通過熔渣達到點火前沿的速度，氧氣流速越高，燃燒的化學反應(yīng)越快；④在未達到燃燒溫度的區(qū)域，氧氣流作為冷卻，縮小切割熱影響區(qū)。⑤氧助切割存在激光輻射和化學反應(yīng)熱兩個熱源。第6頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五2、激光切割的影響因素（1）材料特性（2）激光模式（3）切割速度（4）焦點位置（5）輔助氣體壓力除了以上4個最重要的變量以外，可能對切割質(zhì)量產(chǎn)生影響的因素還包括光束參數(shù)（模式和功率、激光束的偏振、激光束的聚焦、脈沖波光束）和工件特性（材料表面反射率、材料表面狀態(tài)），以及割炬和噴嘴、外光路系統(tǒng)、工件固定等其他因素。第7頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五(1)材料特性第8頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五（2）激光橫向模式GaussianmodeLow-ordermodeMultimodeSurfaceheattreatmentCuttingorwelding第9頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五激光輸出方式---PRC第10頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五(3)激光功率與切割速度

對于一定板厚，通常激光切割速度隨激光功率呈線形增加。第11頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五切縫寬度和熱影響區(qū)均隨激光切速的增加而減少，并且切縫下表面的寬度和熱影響區(qū)最小。對于中碳鋼，最好的切割質(zhì)量和最小的熱影響區(qū)為P/V～70J.mm-1。第12頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五（4）切割粗糙度

對于金屬激光切割的切口粗糙度，一般是上半段最好，中段次之，下段較差。切口粗糙度與切割的切口有關(guān)。第13頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五（5）焦點位置對表面粗糙度的影響工件至聚焦透鏡的距離與焦距的比值a0在0.988<a0<1.003范圍。例如，激光切割2.3mm的低碳鋼板時，采用負離焦0.3至0.7mm為佳。第14頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五（6）聚焦鏡第15頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五（7）噴嘴直徑與切割速度的關(guān)系氧氣流應(yīng)以超聲速的收斂型氣流最好，以免切口下段擴大。對某種具體激光切割存在一個最佳的噴嘴直徑。在作者的實驗條件下，噴嘴直徑以1.5mm最好。第16頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五（8）吹氧壓力的影響

在不同激光功率及不同厚度情況，吹氧壓力也存在一個最佳值。第17頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五（9）激光偏振態(tài)對激光切割的影響由圖中可看到，采用圓偏振光，切口平直，與切割方向無關(guān)。切割系統(tǒng)一般加45度反射的圓偏振鏡。第18頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五3、激光切割特點質(zhì)量優(yōu)勢技術(shù)特質(zhì)實際應(yīng)用

1．切割縫邊緣熱影響區(qū)小激光切割需要的總能量少大型電機硅鋼鐵芯下料

2．激光切割的切縫窄小激光切割的能量高度集中石油管的過濾縫切割

3．切割精度高、工件變形小激光聚焦光斑的直徑小汽缸墊的切割成型

4．切割的重復性好，誤差小數(shù)控精密切割切割復雜形狀的零件

5．激光切割面清潔,不掛渣切割的物理冶金過程完善裝潢用切割成型金剛石鋸片切割第19頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五第20頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五第21頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五（2）PRCSTS軸快流CO2laserfromU.S.

TEM00Mode

(高斯模式)

1000-3000Watts"D"Mode

(DimodalBeam)

1000-4000Watts"Q"Mode

(QuadramodalBeam)

2500-6000WattsSTS1000STS1500STS1800STS2000STS2200STS2500STS3000STS3500STS4000STS5000FH6000Type:第22頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五(3)華工恒信Lance軸快流激光器LANCESeriesFastFlowCO2Lasers

LaserMode

TEM00+01

(1000--4000Watts)第23頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五CNC控制系統(tǒng)Self-rightingsystemMovingworkstationHand-holdtelecontrolIlluminationofworkareaChineseWindowscircumstanceFunctionofre-trackModemdiagnoseandmaintainFarspacediagnoseandserviceExpertcuttingapparatussystemDialogicfiguredisplayandeditgratingholdingsystemInnermistakenotesMultitaskworkingavailableAlarmequipmentFigurestoreandsoon第24頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五激光切割過程第25頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五激光切割錄像第26頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五激光切割樣品1第27頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五激光切割樣品2第28頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五激光切割組合木板第29頁，共34頁，2