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發布時間:2020-11-15 09:19  
目前,民用激光發生器由于制造成本等原因,所發出的激光光束都具有一定的發散角,呈“錐形”。當“錐形”的高度改變時(相當于激光切割機光路長度改變),聚焦透鏡表面的光束橫截面面積也隨之改變。此外,光還具有波的性質,因此,不可避免地會出現衍射現象,衍射會使光束在傳播過程中發生橫向擴展,該現象存在于所有的光學系統中,能夠決定這些系統在性能方面的理論極限值。由于高斯光束呈“錐形”和光波的衍射作用,當光路長度變化時,作用在透鏡表面的光束直徑時刻發生著變化,這就會引起焦點大小和焦點深度的變化,但對焦點位置的影響很小。對于沒有沖壓裝置的激光切割機有兩種穿孔的基本方法:脈沖穿孔:(Pulsedrilling)采用高峰值功率的脈沖激光使少量材料熔化或汽化,常用空氣或氮氣作為輔助氣體,以減少因放熱氧化使孔擴展,氣體壓力較切割時的氧氣壓力小。如果焦點大小和焦點深度在連續加工中發生變化,必然會對加工產生很大影響,比如,會造成切割縫寬度不一致、在相同切割功率下會割不透或燒蝕板材等 。
激光切割的優點之一是光束的能量密度高,一般10W/cm2。由于能量密度與面積成反比,所以焦點光斑直徑盡可能的小,以便產生一窄的切縫;同時焦點光斑直徑還和透鏡的焦深成正比。聚焦透鏡焦深越小,焦點光斑直徑就越小。但切割有飛濺,透鏡離工件太近容易將透鏡損壞,因此一般大功率CO2激光切割機工業應用中廣泛采用5〃~7.5〃〞(127~190mm)的焦距。實際焦點光斑直徑在0.1~0.4mm之間。對于高質量的切割,有效焦深還和透鏡直徑及被切材料有關。例如用5〃的透鏡切碳鋼,焦深為焦距的 2%范圍內,即5mm左右。每一個高能量的激光脈沖瞬間就把物體表面濺射出一個細小的孔,在計算機控制下,激光加工頭與被加工材料按預先繪好的圖形進行連續相對運動打點,這樣就會把物體加工成想要的形狀。因此控制焦點相對于被切材料表面的位置十分重要。
多年來,國外發展了綜合激光切割和機械沖孔技術的激光沖切機,這種機械對復雜形狀的工件用機械方法模沖出內孔,然后用激光切割方法切出外緣和需要長距離切割的線條。工件在切割前,對其進行激光切割的可行性以及切割過程中可能出現的問題要預先予 以考慮。比如,此類材料可否進行激光切割?其切割的難點在哪里?對于容易受熱破壞的脆性材料,通過激光束加熱進行高速、可控的切斷,稱為控制斷裂切割。是否需要對樣品進行試割?如何達到切割的質量和精度的要求?工件切割的基準起始點放在哪里?等等。影響激光切割質量的因素很多,激光切割的一個重要優點在于可以對過程中的主要因素實施高度控制,使切割出的工件充分滿足客戶的要求,并且重復性很好。這些主要因素由切割速度、焦點位置、輔助氣體壓力、激光輸出功率等工藝參數構成。除了以上4個重要的變量以外,可能對切割質量產生影響的因素還包括光束參數(模式和功率、激光束的偏振、激光束的聚焦、脈沖波光束)和工件特性(材料表面反射率、材料表面狀態),以及割炬和噴嘴、外光路系統、工件固定等其他因素。
激光切割機工藝中的輔助吹氣參數
在激光切割過程中,特別是對鋼、鈦等易氧化金屬的切割,使用輔助吹氧氣法,可以產生氧化放熱反應,可以吹散等離子云對激光束的屏蔽,可以吹掉切割縫隙中的熔融金屬。這些作用的總效果與增加入射激光功率的作用是相當的。所以,輔助吹氣是提高切割速度,保證切斷面質量的重要因素。因為氧化放熱過程中,棄放的熱量與氣體流量有關,切縫中熔融金屬的噴射量與輔助氣體在中心細線上壓力的大小有關。激光切割是將從激光器發射出的激光,經光路系統,聚焦成高功率密度的激光束。故在激光切割機切割工藝中,要研究輔助氣體的種類、流量和壓強對切割速度的影響。