激光切割是一種新型的熱切割方法,為熱切割不銹鋼的后起之秀。它是利用激光束的高能量對工件進(jìn)行熱切割的方法。它可用來(lái)切割金屬和非金屬材料,有人把激光束稱(chēng)為“切割刃具”也并非夸張。工業(yè)生產(chǎn)中常用的激光切割方法,按切割機理可分為激光氣化切割、激光熔化切割和激光氧氣切割。幾種熱切割方法的能量密度比較見(jiàn)表6-19。從表中可以看出,激光切割的能量密度最高。


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一、激光切割的特點(diǎn)


 1. 切割時(shí)熱變形小


   由于它的切割能量密度高,可實(shí)現精度切割,切割后零件的變形小、不需要機械加工就可直接使用。


 2. 切割面質(zhì)量好


   切割精度可小到0.1~0.2mm,切割表面粗糙度可達到Ra十幾微米,切口很窄,特別是切割熱影響區寬度僅為0.01~0.1mm,不會(huì )影響材料的性能。


 3. 切割速度快


   當采用輸出功率2kW激光器切割10mm以下的鋼板時(shí),其切割速度能達到等離子弧切割的水平。


 4. 切割各種材料


   它不僅能切割鋼板和非鐵材料,而且同樣可以切割塑料、皮革和纖維布等非金屬材料。


 5. 良好的切割環(huán)境


   切割時(shí)沒(méi)有強烈輻射、噪聲和環(huán)境污染,為操作者身體健康創(chuàng )造了較好的工作環(huán)境。


   激光切割同氧丙烷或火焰切割及等離子弧切割在性能上比較見(jiàn)表6-20。


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二、切割設備與工藝


  切割設備有CO2氣體激光器和釔鋁石榴石固體激光器兩種,其主要技術(shù)見(jiàn)表6-21。


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  輔助氣體的種類(lèi)隨材質(zhì)不同而異,對于切割可燃材料和要求避免氧化的金屬,使用惰性或中性氣體;對于一般金屬材料的切割,則可采用氧氣。常用激光氧氣切割碳鋼、不銹鋼、鈦及鈦合金、鋁及鋁合金等金屬材料。


  激光氧氣切割類(lèi)似于氧燃氣火焰切割,用激光能量對被切割材料進(jìn)行加熱達到燃點(diǎn),并在氧氣流中燃燒,所產(chǎn)生的熔渣又被氧氣流從切口中排除。上述氧化反應的附加熱又使切割速度和切割質(zhì)量得到明顯提高,對完全可氧化金屬,其切割速度比氧燃氣火焰切割速度能提高約10倍。常用的激光氧切割的割槍示意圖如圖6-16所示。


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  由于激光切割工藝具有切口精度高、質(zhì)量高和切割速度快等優(yōu)勢,激光切割機在國內外都有應用,而手工和普通機械激光切割機尚未進(jìn)入工業(yè)性實(shí)用階段,現在全部采用


  數控系統控制的。數控激光切割機的主要構件有:門(mén)式機架、激光器、導光系統、激光切割頭、CNC控制及驅動(dòng)系統、供氣系統、排煙除塵系統等。國內外著(zhù)名焊割設備制造廠(chǎng)家均能生產(chǎn)出高質(zhì)量的數控激光切割設備,切割不銹鋼最大厚度可達16mm。



三、激光器切割的發(fā)展


  目前釔鋁石榴石固體激光器功率一般為幾百瓦(主要用于焊接),只能切割厚度1~2mm以下的薄件金屬。最近美國研制出一種新型的釔鋁石榴石固體激光器,其激光束在工件上能產(chǎn)生出比一般結構激光器高40倍的能量密度,使切割能力大為提高,能割穿厚達38mm的超耐熱合金材料或在厚為25.4mm的金屬件上打孔(打穿孔時(shí)間只需2s)。


  CO2氣體激光器的輸出功率一般在1.5kW以下,可用于切割厚為10mm以下的碳鋼和各種有色金屬。日本開(kāi)發(fā)出一種功率為5kW的CO氣體激光器,其激光波長(cháng)是CO2氣體激光器的一半左右,而能量密度則為后者的4倍之多,可以切割厚板。


  為了推廣應用激光切割技術(shù),在切割設備方面也取得了較大進(jìn)展。有割炬固定、平臺移動(dòng)的切割器。其平臺有2~5個(gè)自由度,平臺移動(dòng)利用數控和可預編程序方式,并能與CAD(計算機輔助設計)系統連接。英國研制出的切割機,是在門(mén)架上移動(dòng)的CO2激光切割裝置,也是數控的,激光切割頭能做5個(gè)自由度(沿X、Y、Z坐標的直線(xiàn)運動(dòng)、旋轉和傾斜)運動(dòng),可實(shí)行三個(gè)方向的切割。


  激光切割廣泛用于不銹鋼、鈦及鈦合金、鋁及鋁合金和超耐熱合金的切割。在核工業(yè)、航空航天工業(yè)應用較多,最近在汽車(chē)的外殼板切割中也已開(kāi)始使用激光切割技術(shù),由機器人操作。




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