激光切割技術(shù)

關(guān)于激光切割技術(shù)激光的發(fā)展史“受激1917年愛因斯坦提出輻射”的概念，奠定了激光的理論基礎(chǔ)。1958年美國科學(xué)家肖洛和湯斯發(fā)現(xiàn)了一種奇怪的現(xiàn)象，當他們將閃光燈泡嗦發(fā)射的光照在一種稀土的晶體上時，晶體的分子會發(fā)出鮮艷的，始終會聚在一起的強光，由此他們提出了“激光原理”，受第2頁,共28頁，2024年2月25日，星期天激輻射可以得到一種單色性、亮度有很高的新型光源。1958年，貝爾實驗的肖洛和湯斯發(fā)表了關(guān)于激光器的經(jīng)典理論，奠定了激光發(fā)展的基礎(chǔ)。第3頁,共28頁，2024年2月25日，星期天1960年7月8日，美國人梅曼發(fā)明了世界上第一臺紅寶石激光器，梅曼利用紅寶石作發(fā)光材料，用發(fā)光度很高的脈沖氙燈作發(fā)光源，獲得了人類有史以來的第一束激光，從而人們獲得了性質(zhì)和電磁波相似而頻率穩(wěn)定的光源，研究現(xiàn)代化光通信時代也從此開始了，激光的英文簡稱是“LASER”,意思是“受激發(fā)射的光放大”。1965年第一臺可產(chǎn)生的大功率激光器——二氧化碳激光器誕生。1967年第一臺X射線激光器研制成功。1997年，美國麻省理工研究人員研制成功了原子激光器。第4頁,共28頁，2024年2月25日，星期天5中國第一臺激光器（1961）第5頁,共28頁，2024年2月25日，星期天什么是激光切割技術(shù)？定義：利用聚焦后的激光束作為主要熱源的熱切割方法。應(yīng)用學(xué)科：機械工程（一級學(xué)科）；切削加工工藝與設(shè)備（二級學(xué)科）；特種加工工藝（三級學(xué)科）第6頁,共28頁，2024年2月25日，星期天激光的特點激光主要有四大特點a:激光底高亮度，激光器的亮度更高可高達1011W/cm2Sr。不僅如此，具有高亮度的光速經(jīng)透鏡聚集后，能在焦點產(chǎn)生數(shù)千度乃至上萬度的高溫，這就使其可能可加工幾乎所有的材料。b:激光的高方向性，能在有效的傳遞很長的距離的同時，還沒，還能保證聚焦得到極高的功率密度，第7頁,共28頁，2024年2月25日，星期天這兩點都是激光加工的重要條件。c:激光的高單色性，由于激光的單色性較高，從而能保證光束能精確的聚焦在焦點上，得到很高的功率密度。d:激光的高相干性，相干性主要描述光波各個部分的相位關(guān)系，正是激光具有如上所述的奇異特性，因此在工業(yè)加工得到了廣泛的應(yīng)用。第8頁,共28頁，2024年2月25日，星期天基本原理該技術(shù)采用激光束照射到鋼板表面時釋放的能量來使不銹鋼熔化并蒸發(fā)。激光源一般用二氧化碳激光束，工作功率為500～2500瓦。該功率的水平比許多家用電暖氣所需要的功率還低，但是，通過透鏡和反射鏡，激光束聚集在很小的區(qū)域。能量的高度集中能夠進行迅速局部加熱，使不銹鋼蒸發(fā)。此外，由于能量非常集中，所以，僅有少量熱傳到鋼材的其它部分，所造成的變形很小或沒有變形。利用激光可以非常準確地切割復(fù)雜形狀的坯料，所切割的坯料不必再作進一步的處理。第9頁,共28頁，2024年2月25日，星期天簡介利用激光切割設(shè)備可切割4mm以下的不銹鋼，在激光束中加氧氣可切割20mm厚的碳鋼，但加氧切割后會在切割面形成薄薄的氧化膜。切割的最大厚度可增加到20mm，但切割部件的尺寸誤差較大。第10頁,共28頁，2024年2月25日，星期天激光切割技術(shù)優(yōu)點切割質(zhì)量好

切口寬度窄（一般為0.1--0.5m激光切割工程m、精度高（一般孔中心距誤差0.1--0.4mm，輪廓尺寸誤差0.1--0.5mm）、切口表面粗糙度好（一般Ra為12.5--25μm），切縫一般不需要再加工即可焊接。切割速度快

例如采用2KW激光功率，8mm厚的碳鋼切割速度為1.6m/min；2mm厚的不銹鋼切割速度為3.5m/min，熱影響區(qū)小，變形極小。清潔、安全、無污染大大改善了操作人員的工作環(huán)境。當然就精度和切口表面粗糙度而言，CO2激光切割不可能超過電加工；就切割厚度而言難以達到火焰和等離子切割的水平。但是就以上顯著的優(yōu)點足以證明：CO2激光切割已經(jīng)和正在取代一部分傳統(tǒng)的切割工藝方法，特別是各種非金屬材料的切割。它是發(fā)展迅速，應(yīng)用日益廣泛的一種先進加工激光切割工程圖方法。第11頁,共28頁，2024年2月25日，星期天

激光切割的工業(yè)應(yīng)用切割系統(tǒng)）為3325臺，共11.74億美元。據(jù)不完全統(tǒng)計中國目前每年生產(chǎn)CO2激光切割機近100臺，共1.5億元人民幣。雖然激光切割的發(fā)展趨勢較快，但應(yīng)用水平與發(fā)達國家相比差距較大。至2003年中國已在工業(yè)生產(chǎn)中使用的CO2激光切割系統(tǒng)累計已達500臺左右，約占全世界正運行系統(tǒng)總量的1.5%概況世界第一臺CO2激光切割機是二十世紀七十年代的誕生的。三十多年來，由于應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴大，CO2激光切割機不斷改進，目前國際國內(nèi)已有多家企業(yè)從事生產(chǎn)各種CO2激光切割機以滿足市場的需求，有二維平板切割機、三維空間曲線切割機、管子切割機等。國外知名企業(yè)有德國Trumpf公司、意大利Prima公司、瑞士Bystronic公司、日本Amada公司、MAZAK公司、NTC公司、澳大利亞HGLaserLab公司等。目前國內(nèi)能提供平板切割機的企業(yè)有上海團結(jié)普瑞瑪公司、沈陽普瑞瑪公司、濟南捷邁公司、武漢楚天公司等。根據(jù)美國激光工業(yè)應(yīng)用權(quán)威雜志“IndustrialLaserSolution”2000年度報告統(tǒng)計：1999年全世界共銷售的激光切割系統(tǒng)（主要是CO2激光第12頁,共28頁，2024年2月25日，星期天

激光切割系統(tǒng)的購置單位：一類是大中型制造企業(yè)，這些企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品中有大量板材需要下料、切料，并且具有較強的經(jīng)濟和技術(shù)實力；另一類單位是加工站（國外稱JobShop）,加工站是專門對外承接激光加工業(yè)務(wù)的，自身無主導(dǎo)產(chǎn)品。它的存在一方面可滿足一些中小企業(yè)加工的需要；一方面在初期對推廣應(yīng)用激光切割技術(shù)起到宣傳示范的作用。1999年美國全國共有激光加工站2700家，其中51%從事激光切割工作八十年代中國激光加工站主要從事激光熱處理工作，九十年代后，激光切割及攻站逐步增加。在此基礎(chǔ)上隨著中國大中型企業(yè)體制改革的深入和經(jīng)濟實力的增強，越來越多的企業(yè)將采用CO2激光切割技術(shù)。從目前國內(nèi)應(yīng)用情況分析，CO2激光切割廣泛應(yīng)用于12mm厚的低碳鋼板；6mm厚的不銹鋼板及；20mm厚的非金屬材料。對于三維空間曲線的切割，在汽車、航空工業(yè)中也開始獲得了應(yīng)用。第13頁,共28頁，2024年2月25日，星期天第14頁,共28頁，2024年2月25日，星期天

激光切割的產(chǎn)品的分類第一類從技術(shù)經(jīng)濟角度不宜制造模具的金屬鈑金件，特別是輪廓形狀復(fù)雜，批量不大，一般厚度；12mm的低碳鋼、；6mm厚的不銹鋼，以節(jié)省制造模具的成本與周期。已采用的典型產(chǎn)品有：自動電梯結(jié)構(gòu)件、升降電梯面板、機床及糧食機械外罩、各種電氣柜、開關(guān)柜、紡織機械零件、工程機械結(jié)構(gòu)件、大電機硅鋼片等。第二類裝飾、廣告、服務(wù)行業(yè)用的不銹鋼（一般厚度3mm）或非金屬材料（一般厚度20mm）的圖案、標記、字體等。如藝術(shù)照相冊的圖案，公司、單位、賓館、商場的標記，車站、碼頭、公共場所的中英文字體。第15頁,共28頁，2024年2月25日，星期天第三類要求均勻切縫的特殊零件。最廣泛應(yīng)用的典型零件是包裝印刷行業(yè)用的模切版，它要求在20mm厚的木模板上切出縫寬為0.7~0.8mm的槽，然后在槽中鑲嵌刀片。使用時裝在模切機上，切下各種已印刷好圖形的包裝盒。國內(nèi)近年來應(yīng)用的一個新領(lǐng)域是石油篩縫管。為了擋住泥沙進入抽油泵，在壁厚為6~9mm的合金鋼管上切出0.3mm寬的均勻切縫，起割穿孔處小孔直徑不能0.3mm，切割技術(shù)難度大，已有不少單位投入生產(chǎn)。I:\激光切割打標一體機演示加工視頻（流暢）_320x240_2.00M_h.264.avi激光切割打標一體機演示加工視頻（流暢）_320x240_2.00M_h.264.avi第16頁,共28頁，2024年2月25日，星期天國外除上述應(yīng)用外，還在不斷擴展其應(yīng)用領(lǐng)域。（1）采用三維激光切割系統(tǒng)或配置工業(yè)機器人，切割空間曲線，開發(fā)各種三維切割軟件，以加快從畫圖到切割零件的過程。（2）為了提高生產(chǎn)效率，研究開發(fā)各種專用切割系統(tǒng)，材料輸送系統(tǒng)，直線電機驅(qū)動系統(tǒng)等，目前切割系統(tǒng)的切割速度已超過100m/min。（3）為擴展工程機械、造船工業(yè)等的應(yīng)用，切割低碳鋼厚度已超過30mm，并特別注意研究用氮氣切割低碳鋼的工藝技術(shù)，以提高切割厚板的切口質(zhì)量。因此在中國擴大CO2激光切割的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域,解決新的應(yīng)用中一些技術(shù)難題仍然是工程技術(shù)人員的重要課題。第17頁,共28頁，2024年2月25日，星期天各類激光切割機第18頁,共28頁，2024年2月25日，星期天激光設(shè)備第19頁,共28頁，2024年2月25日，星期天切割布料第20頁,共28頁，2024年2月25日，星期天激光的應(yīng)用目前激光已經(jīng)廣泛應(yīng)用激光焊接、激光打孔、激光切割、激光淬火、激光熱處理、激光熔覆、激光表面改性、激光打標、玻璃內(nèi)雕、激光微調(diào)、激光制膜、激光薄膜加工、激光光刻、激光封裝、激光修復(fù)電路、激光布線技術(shù)、激光清洗等。

第21頁,共28頁，2024年2月25日，星期天22激光全息防偽人民幣（建國50周年紀念幣）第22頁,共28頁，2024年2月25日，星期天23激光內(nèi)雕技術(shù)——將脈沖強激光在透明體內(nèi)部聚焦，產(chǎn)生微米量級大小的汽化微裂紋，通過計算機控制微裂紋在玻璃體內(nèi)的空間位置，使這些微裂紋三維排列而構(gòu)成立體圖像。第23頁,共