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1、1,激光切割技术,激光切割的原理及特点,激光切割的影响因素,光纤切割的原理及特点,2,1,、激光切割技术的原理,?,激光切割的原理是将激光束聚焦成很小光,点，使焦点处达到很高的功率密度。这时,光束输入（由光能转换）的热量远远超过,被材料反射、传导或扩散部分，材料很快,加热至汽化温度，蒸发形成孔洞。随着光,束与材料相对线性移动，使孔洞连续形成,宽度很窄的切缝。,3,激光切割的特点,?,激光切割的特点是：,切缝窄、变形小、精度高、,速度快、效率高,?,首先激光光能转换成惊人的热能保持在极小的区,域内，所以激光切割可提供：狭的直边割缝；最,小的邻近切边的热影响区；极小的局部变形,?,其次，激光束对工
2、件不旋加任何力，它是无接触,切割工具，这就意味着工件无机械变形；无刀具,磨损，也谈不上刀具的替换问题；切割材料无需,考虑它的硬度，也即激光切割能力不受被切材料,硬度影响，任何硬度的材料都可切割。,4,激光切割的特点,?,再次，激光束可控性强，并有高的适应性和柔性，,因而：与自动化装备相结合很方便，容易实现切,割过程自动化；由于不存在对切割工件的限制，,激光束具有无限的仿形切割能力。,?,大多数有机与无机材料都可以用激光切割。在工,业制造系统占有分量很重的金属加工业，许多金,属材料，不管它具有什么样的硬度，都可进行无,变形切割。数控激光切割系统能方便切割不同形,状与尺寸的工件，它往往比冲切、模压
3、工艺更被,优先选用；它没有械具消耗，无需修理模具，节,约更换械具时间，从而节省加工费用，降低产品,成本。,5,2,影响切割的因素,?,切割工艺与下述因素关系紧密：,?,激光模式,?,激光功率,?,光路的稳定性,?,焦点位置,?,喷嘴高度,?,喷嘴直径,?,辅助气体,?,辅助气体纯度,?,辅助气体流量,?,辅助气体压力,?,切割速度,?,板材材质,?,板材表面质量,6,与切割相关的各工艺参数如下图所示：,辅助气体压力,割嘴直径,透镜焦距,材料表面,割嘴相对板面距离,光束直径,焦点,割缝宽,切割气体类型,7,一,激光模式,?,激光器的模式对切割影响很大，切割时要,求到达钢板表面的模式较好。这与激光
4、器,本身的模式和外光路镜片的质量有直接的,关系。,8,二,焦点位置,?,焦点位置是一个关键参数，,应正确调节焦点位置。,焦点位置,示意图,特征,零焦距,焦点在工件表面,适用于,5,毫米以下薄碳钢,等。,（切断面）,焦点在工,件上表面，所以，切割,光滑，下表面则不光滑。,负焦距,焦点在工件表面下,铝材、不锈钢等工件采用这,种方式。,（切断面）焦点在中央，因,此平滑面范围较大，切幅比,零焦距的切幅宽，切割气体,流量较大，穿孔时间较零焦,距为长,。,切幅,喷嘴,喷嘴,切幅,9,焦点位置与切割面的关系,正焦距,焦点在工件表面上,切割厚钢板时采用。,厚钢板切断时，切断用,氧气的氧化作用必须从,上面到底面
5、。因厚板之,故切幅要宽，这样的设,定可得较宽的切幅。切,断面和瓦斯切断类似，,可以说是用氧气吹断，,因此断面较粗糙。,喷嘴,切幅,10,焦点位置,?,焦点位置对切割断面,的影响,表面,1.5mm,上,表面,0.5mm,上,表面,2.5mm,上,11,三,喷嘴,?,喷嘴形状、喷嘴孔径、喷嘴高度（喷嘴出口与工件表面之间的距离）,等，均会影响切割的效果。,?,喷嘴的作用,?,防止熔渍等杂物往上反弹，穿过喷嘴，污染聚焦镜片。,?,控制气体扩散面积及大小，从而控制切割质量。,图,3,没有喷嘴时，气体喷出的情况,?,图,4,有喷嘴时，气体喷出的情况,12,喷嘴与切割品质的关系,?,喷嘴出口孔中心与激光束的
6、同轴度是影响切割质量优劣的,重要因素之一，工件越厚，影响越大。,?,当喷嘴发生变形或有熔渍时，将直接影响同轴度。,?,故喷嘴应小心保存，避免碰伤以免造成变形。喷嘴形状和,尺寸的制造精度高，安装时应注意方法正确。,?,如果由于喷嘴的状况不良，从而需要要改变切割时的各项,条件，那就不如更换新的喷嘴。,?,如果喷嘴与激光不同轴，将对切割质量产生如下影响。,?,对切割断面的影响,?,如图所示，当辅助气体从喷嘴吹出时，气量不均匀，出现,一边有熔渍，另一边没有的现象。对切割,3mm,以下薄板时，,它的影响较小，切割,3mm,以上时，影响较严重，有时无法,切透。,13,喷嘴与切割品质的关系,?,对尖角的影响
7、,?,工件有尖角或角度较小时，容易产生过熔现象，,厚板则可能无法切割。,?,对穿孔的影响,?,穿孔不稳定，时间不易控制，对厚板会造成过,熔，且穿透条件不易,?,掌握。对薄板影响较小。,?,图,5,同轴度对切割,?,断面的影响,喷嘴,右边吹气量小,激光,左边吹气量小,14,喷嘴孔与激光束同轴度的调整,?,喷嘴孔与激光束的同轴度的调整步骤如下：,?,在喷嘴的出口端面涂抹印泥（一般以红色,为好），将不干胶带贴在喷嘴出口端面上。,图,6,调整同轴步骤,1,?,用,1020,瓦的功率，手动打孔。,白色不干胶带,15,喷嘴,?,取下不干胶纸，注意保持其方向，以便与喷嘴相比照。,正常情况下，不干胶纸上会留下
8、一个黑点，是被激光烧损的。但如,果喷嘴中心偏离激光束中心过大时，将无法看到这个黑点（激光束,射到了喷嘴的壁上）。,?,图,7,喷嘴偏离太大,如果打出的中心点时大时小，请注意条件是,否一致，聚焦镜是否松动。,图,8,聚焦镜松动,注意观察黑点偏离,喷嘴中心的方向，调整喷嘴位置,图,9,调整喷嘴位置，,与激光束同轴,正确,调,整,螺,钉,16,喷嘴孔径,?,孔径大小对切割质量和穿,孔质量有关键性的影响。,?,如果喷嘴孔径过大，切割,时四处飞溅的熔化物，可,能穿过喷嘴孔，从而溅污,镜片。孔径越大，几率越,高，对聚焦镜保护就越差，,镜片寿命也就越差。,?,喷嘴孔径的比较,喷嘴孔径,气体流速（量）,熔融物
9、去除能力,小,快,大,大,慢,小,17,喷嘴,?,喷嘴,1,、,1.5,的差异,喷嘴直,径,薄板（,3mm,以下）,厚板（,3mm,以上）,切割功率较高，散热时间较长，,切割时间亦较长,1,切割面较细,气体扩散面积小，不太稳定，基,本可用,1.5,切割面会较粗，,转角地方易有溶,渍,气体扩散面积大，气体流速较慢,，,切割时较稳定,18,喷嘴高度的调整,?,喷嘴高度即喷嘴出口与工件表面之间的距,离。,?,图,10,喷嘴高度,19,四,切割速度,?,1,速度过快,?,如果切割速度过快，可能造成以下后果。,?,可能无法切透，火花乱喷。,?,有些区域可以切透，但有些区域无法切透。,?,整个断面较粗，但
10、不产生溶渍。,?,切割断面呈斜条纹路，,?,且下半部产生溶渍。,?,图,11,速度过快,喷嘴,辅助气体,无法即时切,断造成斜角,熔渍,20,切割速度,?,2,速度太慢,?,造成过熔，切断面较粗糙。,?,切缝变宽，尖角部位整个溶化。,?,影响切割效率。,?,3,确定适当的切割速度,?,从切割火花判断进给速度可否增快或减慢,火花由上往下扩散,图,12,切割速度正常,图,12,切割速度正常,21,切割速度,?,火花若倾斜时，则说明切割速度太快。,?,图,13,切割速度过快,?,火花呈现不扩散且少，,?,聚集在一起，则说明,?,速度太慢。,?,图,14,切割速度过慢,?,进给速度适当,?,如图，切割面
11、呈现,?,较平稳线条，,?,且下半部无熔渍产生。,?,图,15,切割速度正常,22,五,切割辅助气体,?,选择切割辅助气体的种类和压力时，宜从以下几方面考虑：,?,一般使用氧气切割普通碳钢，低压打孔，高压切割。,?,一般使用空气切割非金属，低压和高压的压力可调为一样，打孔时间,设为,0,。,?,一般使用氮气切割不锈钢等，低压氧气打孔。,?,气体纯度越高，切割质量越好。切割低碳钢板纯度至少,99.6%,以上，,切割,12mm,以上碳钢板建议氧气纯度,99.9,以上。切割不锈钢板氮气纯,度应达到,99.6%,以上。氮气纯度越高，切割断面质量越好。如果切割,用气体纯度不好要求，不但影响切割的质量，而
12、且会造成镜片的污染。,热,热,23,切割辅助气体,?,辅助气体对切割质量的影响,1,气体有助于散热及助燃，吹掉溶渍，改善切割面品质。,2,气体压力不足时，对切割的影响,a,切割面产生熔渍。,b,切割速度无法增快，影响效率,.,气体压力过高时，对切割质量的影响,3,气流过大时，切割面较粗，,且缝较宽。,气流过大时，造成切断部分熔化，,无法形成良好切割质量。,24,切割气体,?,辅助气体对穿孔的影响,?,（,1,）气体压力过低时，不易穿透，时间增长。,?,（,2,）气体压力太高时，造成穿透点熔化，形成大的熔化点。,?,所以薄板穿孔的压力较高，厚板则较低。,?,切割有机玻璃时的辅助气体,?,有机玻璃
13、属于易燃物，为了得到透明光亮的切割面，所,以选用氮气或空气，阻燃。如果选用氧气，则切割质量,不够好。,?,必须在切割时根据实际情况进行选择合适的压力。气体,压力越小，切割光亮度越高，产生的毛断面越窄。但气,体压力过低，造成切割速度慢，板面下出现火苗，影响,下表面质量。,25,六,激光功率,?,激光功率对切割过程和质量有决定性的影响。,?,功率太小无法切割,?,图,16,功率太小,?,功率过大，整个切割面熔化,?,图,17,功率过大,?,功率不足，切割后产生熔渍,?,图,18,功率不足,?,功率适当，切割面良好，无熔渍,?,图,19,功率适当,辅助气体,26,3,、光纤激光切割,?,切割的原理都
14、一样，主要是发生器不一样。光纤激光器是,把泵浦物质掺入到光纤中，由半导体激光器发出的特定的,波长的激光耦合后。使光纤产生激光。优点是模式好，利,于切割。光电转换率高可以达到二氧化碳的两倍。而且在,切割薄板金属的时候有优势，因为光纤激光器发出的光是,1070,纳米的波长,所以吸收率更高。,在切割头处扩束模块,与聚焦镜之间要加装保护镜,这块镜片很容易坏,大约一周,坏,1,块,，一个月,3,到,4,块,这块镜片二氧化碳是不需要的,而,且由于波长的原因光纤切割的焦点比较敏感，所以厚板不,好切割，再加上现有的光纤激光器功率比较小，所以切割,厚板时速度慢。光纤设备商用化的时间比较短,还有很多,不足，但这绝对是一个方向。,27,光纤激光切割,?,激光传输区别：光纤切割机为软光路的光纤传输，基本没,有能量的损耗，,CO2,切割机为硬光路传输，能量损耗巨大。,?,光纤切割参数表,（附表）,
