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            精密激光切割加工


                   ● 切割過(guò)程
                   1、汽化切割
                   在高功率密度激光束的加熱下,材料的表面溫度迅速上升到沸點(diǎn)溫度,從而避免了由熱傳導引起的熔化。然后,一些材料汽化成蒸汽并消失,并且一些材料隨著(zhù)輔助氣流的噴射而從狹縫的底部吹走。
                   通過(guò)這種汽化切割方法切割并形成一些非熔融材料,例如木材,碳和一些塑料。
                   在汽化切割過(guò)程中,蒸汽帶走熔融顆粒并沖刷碎屑,形成孔。
                   在汽化過(guò)程中,約40%的材料被汽化,而60%的材料則以液滴形式被氣流排出。
                   2、熔切
                   當入射激光束的功率密度超過(guò)一定值時(shí),光束照射點(diǎn)內的材料開(kāi)始蒸發(fā),形成孔??仔纬珊?,它會(huì )變成黑體,吸收所有入射光束的能量??妆蝗廴诮饘俦诎鼑?,與光束對齊的輔助氣流將熔融材料運送到孔周?chē)?。隨著(zhù)工件的移動(dòng),孔與切削方向同步地水平移動(dòng)以形成狹縫。激光束繼續沿著(zhù)狹縫的前部照射,熔化的材料連續或脈沖地從狹縫吹走。
                   3、氧化融化
                   通常,惰性氣體用于熔融切割。如果改用氧氣或其他活性氣體,則會(huì )在激光束的照射下點(diǎn)燃材料,并且與氧氣的強烈化學(xué)反應會(huì )產(chǎn)生另一種熱源,稱(chēng)為氧化熔融切割。具體描述如下:
                   材料表面在激光束照射下被迅速加熱到點(diǎn)火點(diǎn)的溫度,隨后與氧氣劇烈燃燒反應,釋放出大量的熱量。在這種熱量的作用下,在材料內部形成了充滿(mǎn)蒸汽的孔,這些孔被熔融的金屬壁包圍。氧氣和金屬的燃燒速率受燃燒物質(zhì)向爐渣中的轉移的控制,而氧氣通過(guò)爐渣擴散到點(diǎn)火前沿的速度也對燃燒速率有很大影響。氧氣流速越高,燃燒化學(xué)和除渣速度越快。當然,氧氣流速越高越好,因為流速太快會(huì )導致在狹縫出口處產(chǎn)生反應產(chǎn)物,即金屬氧化物的快速冷卻,這也不利于切割質(zhì)量。顯然,在氧化熔化和切割過(guò)程中有兩個(gè)熱源,即激光輻照能量和氧與金屬的化學(xué)反應產(chǎn)生的熱量。據估計,切割鋼中氧化反應釋放的熱量約占切割所需總能量的60%。顯然,與惰性氣體相比,通過(guò)使用氧氣作為輔助氣體可以獲得更高的切割速度。如果氧氣的燃燒速率高于激光束的移動(dòng)速度,則縫隙將顯得寬而粗糙。如果激光束移動(dòng)的速度快于氧氣燃燒的速度,則縫隙將變得狹窄且光滑。
                   4、控制容易
                   對于易受熱損壞的脆性材料,通過(guò)激光束加熱進(jìn)行的高速可控切割稱(chēng)為受控斷裂切割。該切割過(guò)程的主要內容是激光束加熱了脆性材料的小面積,這會(huì )導致該區域中較大的熱梯度和嚴重的機械變形,從而導致材料中形成裂紋。在均勻的加熱梯度下,激光束可以沿所需的任何方向引導折斷。應當指出的是,這種受控的斷裂切割不適用于切割銳角和棱角邊緣的狹縫。
                   切割大的封閉形狀并不容易獲得成功。
                   控制斷裂的切割速度快,不需要太高的功率,否則會(huì )導致工件表面熔化,破壞切割縫的邊緣。主要控制參數是激光功率和光斑大小。

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