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昆山钢友物资有限公司

Kunshan Gangyou Materials Co., Ltd.

激光切割针对不同材料的的主要切割方法

2017年12月30日

不同的材料,切割方法不一样,主要分为熔化切割、氧化切割、气化切割、导向断裂切割等。

序号

切割方法

对应切割材料

1

熔化切割

不锈钢、铝

2

氧化切割

碳钢

3

气化切割

木材、碳素材料和某些塑料

4

导向断裂切割

陶瓷


1、熔化切割 
在激光熔化切割中,工件材料在激光束的照射下局部熔化,熔化的液态材料被气体吹走,形成切缝,切割仅在液态下进行,故称为熔化切割。切割时在与激光同轴的方向供给高纯度的不活泼气体,辅助气体仅将熔化金属吹出切缝,不与金属反应。这种切割方法的激光功率密度在107W/cm2左右。
激光光束配上高纯惰性切割气体促使熔化的材料离开割缝,而气体本身不参于切割。
最大切割速度随着激光功率的增加而增加,随着板材厚度的增加和材料熔化温度的增加而几乎反比例地减小。在激光功率一定的情况下,限制因数就是割缝处的气压和材料的热传导率。

2、氧化切割 
与熔化切割不同,激光氧化切割使用活泼的氧气作为辅助气体。由于氧与已经炽热了的金属材料发生化学反应,释放出大量的热,结果是材料进一步被加热。 
材料表面在激光束照射下很快被加热到燃点温度,与氧气发生激烈的燃烧反应,放出大量热量,在此热量作用下,材料内部形成充满蒸汽的小孔,而小孔周围被熔化的加工材料所包围。
燃烧物质转移成熔渣,控制氧和加工材料的燃烧速度,氧气流速越高,燃烧化学反应和去除熔渣的速度也越快。但是 ,如果氧气速度过快,将导致割缝出口处的反应产物即金属氧化物的快速冷却,对切割质量造成不利影响。
切割过程存在两个热源:激光束照射能和化学反应所产生的热能。据估计,切割碳钢时,氧化反应所产生的热能占切割所需能量的60%。
在氧化切割过程中,如果氧化燃烧的速度高于激光束移动的速度,割缝将变宽且粗糙,反之,如果移动速度慢,则割缝窄而光滑。

3、气化切割 
激光束焦点处功率密度非常高,可达106W/cm2以上,激光光能转换成热能,保持在极小的范围内,材料很快被加热至气化温度,部分材料气化为蒸汽逸去,部分材料被辅助气体吹走,随着激光束与材料之间的连续不断的相对运动,便形成宽度很窄(如0.2mm)的割缝。这种切割方法的功率密度在108W/cm2左右。一些不能熔化的材料如木材、碳素材料和某些塑料即通过这种方法进行切割。
激光氧化切割在加工精密模型和尖角时是不好的(有烧掉尖角的危险)。可以使用脉冲模式的激光来限制热影响。
所用的激光功率决定切割速度。在激光功率一定的情况下,限制因数就是氧气的供应和材料的热传导率。

4、导向断裂切割
对于容易受热破坏的脆性材料,通过激光束加热进行高速、可控的切断,称为导向断裂切割。这种切割过程主要内容是:激光束加热脆性材料小块区域,引起该区域大的热梯度和严重的机械变形,导致材料形成裂缝。只要保持均衡的加热梯度,激光束可引导裂缝在任何需要的方向产生。
选择切割方法,需考虑它们的特点和板件的材料,有时也要考虑切割的形状。由于气化相对熔化需要更多的热量,因此激光熔化切割的速度比激光气化切割的速度快,激光氧化切割则借助氧气与金属的反应热使速度更快;同时,氧化切割的切缝宽,粗糙度高,热影响区大因此切缝质量相对较差,而熔化切割割缝平整,表面质量高,气化切割因没有熔滴飞溅,切割质量最好。另外,熔化切割和气化切割可获得无氧化切缝,对于有特殊要求的切割有重要意义。
一般的材料可用氧化切割完成,如果要求表面无氧化,则须选择熔化切割,气化切割一般用于对尺寸精度和表面光洁度要求很高的情况,故其速度也最低。另外,切割的形状也影响切割方法,在加工精细的工件和尖锐的角时,氧化切割可能是危险的,因为过热会使细小部位烧损。

来源:昆山钢友物资有限公司
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