激光切割:利用高能密度的激光束加热工件,使温度迅速上升,在非常短的时间内达到材料的沸点,材料开始蒸发形成蒸汽。这些蒸汽的喷射速度很快,在蒸汽喷射的同时,在材料上形成切口。激光切割的工业应用始于20世纪70年代初,起初是用在硬木板上切非穿透槽、嵌刀片、制造冲剪纸箱板的模具。随着激光器件和加工技术的进步,其应用领域逐步延伸到各种金属和非金属板材的切割,应用规模也迅速扩大。激光切割所占材料激光加工的比例超过了50%。从材料方面来看,激光能切割的有塑料、木材、纸张、橡胶、皮革、纤维以及复合材料等。
激光切割可分为四类:激光蒸发切割、激光熔化切割、激光氧气切割和激光切割和控制断裂。
一.激光蒸发切割。
采用高能密度激光束加热工件,使温度迅速升高,在很短的时间内达到材料的沸点,材料开始蒸发,形成蒸汽。这种蒸汽喷射速度很快,在蒸汽喷射的同时,在材料上形成切口。材料的蒸发热一般都很大,因此激光蒸发切割需要很大的功率和功率密度。
激光蒸发切割多用于切割极薄金属材料和非金属材料(如纸、布、木材、塑料和橡胶等)。
二.是激光熔化切割。
在激光熔化切割过程中,金属材料被激光加热熔化,然后通过与光束同轴的喷嘴喷射非氧化气体(Ar,He,N等),依靠气体的强压力排出液体金属,形成切口。激光器熔化切割不需要使金属完全蒸发,所需能量仅为蒸发切割的1/10。
激光器化切割主要用于不锈钢、钛、铝及其合金等不易氧化的材料和活性金属的切割。
三.是激光氧气切割。
激光器的氧切割原理与氧乙炔切割相似。采用激光作为预热热源,采用氧气等活性气体作为切割气体。一方面,喷出的气体与切割金属发生氧化反应,释放出大量的氧化热;另一方面,将熔化的氧化物和熔化物从反应区吹出,在金属中形成切口。因为切削过程中的氧化反应会产生大量的热量,所以激光氧切削所需的能量仅为熔化切削的1/2,而切削速度远大于激光汽化切削和熔化切削。
激光氧切割主要用于碳钢、钛钢和热处理钢。
4.激光切割和控制断裂。
激光器是利用高能密度的激光在脆性材料表面进行扫描,使材料受热蒸发出一个小槽,然后施加一定的压力,脆性材料就会沿着小槽开裂。激光器通常使用Q开关激光和CO2激光。
控制断裂是利用激光刻槽时产生的陡峭温度分布,在脆性材料中产生局部热应力,使材料沿小槽断裂。