《激光气化及切割应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《激光气化及切割应用（33页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、设计：李波激光与物质相互作用任课老师： 秦应雄 讲 师 电 话：87541774 / 62274402 Email : Laser- Matter Interaction 本科课程本科课程设计：李波3.6、激光切割技术1、激光切割的原理及分类 2、激光切割的影响因素 3、激光切割系统 4、激光切割的特点 5、激光切割的典型应用设计：李波1、激光切割的原理激光切割是利用聚焦的高 功率密度激光束照射工件，在 超过激光域值的激光功率密度 的前提下，激光束的能量以及 活性气体辅助切割过程所附加 的化学反应热能全部被材料吸 收，由此引起激光作用点的温 度急剧上升。达到沸点后材料 开始汽化，并形成孔洞，随
2、着 光束与工件的相对运动，最终 使材料形成切缝，切缝处的熔 渣被一定的辅助气体吹除。激光切割可分为汽化切割 ，熔化切割和氧助燃切割。以 氧助燃切割为应用最广。从切 割不同材料可分为金属激光切 割和非金属激光切割。Cutting directionAssistant gasnozzleSpace between nozzle & workpieceMelt materialCutting slotGas flow设计：李波(1)汽化切割汽化切割是激光束加热工件至沸点以上的温度，部分材 料以蒸汽形式逸出，部分材料作为喷射物从切割底部吹走， 其所需的激光切割能量是熔化切割的10倍。其机制如下： 激光
3、加热材料，部分反射，部分吸收， 材料反射率随温度升高而下降。 激光作用区温升快，足以 避免热传导造成熔化。 蒸汽从工件表面以近似声速飞快逸 出。汽化切割只应用于那些不能熔化的木材，塑料和碳素等 材料。飞秒激光切割属于气化切割. 设计：李波(2)熔化切割熔化切割是当激光束功率密度超过一定值时， 工件内部蒸发形成孔洞，然后与光轴式吹以辅助 惰性气体，把孔洞周围的熔融材料驱除带走。熔化切割的机制为： 激光束照射工件，除 反射外其余能量加热材料并蒸发成小孔。 一旦 小孔形成，它以黑体全部吸收光能，小孔被熔化 金属壁所包围，依靠蒸汽流高速流动使熔壁保持 相对稳定。 熔化等温线贯穿工件，依靠辅助吹 气将熔
4、化材料吹走。 随工件的移动，小孔横移 一条切缝。 设计：李波(3)氧助熔化切割氧助熔化切割的机理是： 在激光照射下，材料达到Tm温度，随之与氧接触，发 生剧烈燃烧反应，放出大量热量，在激光和此热量共同作用 下材料内部形成充满蒸汽的小孔，小孔周围被熔融气体包围 ； 蒸汽流动使周围熔融金属壁向前移动，并发生热量和 物质转移； 氧和金属的燃烧速度受燃烧物质转换成熔渣的限制， 氧气扩散通过熔渣达到点火前沿的速度，氧气流速越高，燃 烧的化学反应越快； 在未达到燃烧温度的区域，氧气流作为冷却，缩小切 割热影响区。 氧助切割存在激光辐射和化学反应热两个热源。设计：李波2、激光切割的影响因素（1）材料特性 （
5、2）激光模式 （3）切割速度 （4）焦点位置 （5）辅助气体压力 除了以上4个最重要的变量以外，可能对切割质量产生影响的因 素还包括光束参数（模式和功率、激光束的偏振、激光束的 聚焦、脉冲波光束）和工件特性（材料表面反射率、材料表 面状态），以及割炬和喷嘴、外光路系统、工件固定等其他 因素。设计：李波(1)材料特性设计：李波（2）激光横向模式Gaussian modeLow-order modeMultimodeSurface heat treatmentCutting or welding设计：李波 激光输出方式- PRC设计：李波(3) 激光功率与切割速度对于一定板厚，通常激光切 割速度随
6、激光功率呈线形增加。设计：李波切缝宽度和 热影响区均随激 光切速的增加而 减少，并且切缝 下表面的宽度和 热影响区最小。 对于中碳钢，最 好的切割质量和 最小的热影响区 为P/V70J.mm-1 。 设计：李波（4）切割粗糙度对于金属激光切割 的切口粗糙度，一 般是上半段最好， 中段次之，下段较 差。切口粗糙度与 切割的切口有关。设计：李波（5）焦点位置对表面粗糙度的影响 工件至聚焦透镜的距离与焦距的比值a0在0.988 a0 1.003范围。例如，激光切割2.3mm的低碳钢板时，采用负离 焦0.3至0.7mm为佳 。设计：李波（6）聚焦镜设计：李波（7）喷嘴直径与切割速度的关系 氧气流应以超
7、声 速的收敛型气流最 好，以免切口下段 扩大。对某种具体激光 切割存在一个最佳 的喷嘴直径。在作 者的实验条件下， 喷嘴直径以1.5mm最 好。设计：李波（8）吹氧压力的影响在不同激光功 率及不同厚度情 况，吹氧压力也 存在一个最佳值 。设计：李波（9）激光偏振态对激光切割的影响由图中可看到，采用圆偏振光，切口平直，与切割方向无关 。 切割系统一般加45度反射的圆偏振镜。 设计：李波3、激光切割特点质量优势 技术特质 实际应用 1切割缝边缘热 影响区小 激光切割需要的 总能量少大型电机硅钢铁 芯下料2激光切割的切 缝窄小激光切割的能量 高度集中石油管的过滤缝 切割3切割精度高、 工件变形小 激
8、光聚焦光斑的 直径小汽缸垫的切割成 型4切割的重复性 好，误差小 数控精密切割 切割复杂形状的 零件5激光切割面清 洁,不挂渣 切割的物理冶金 过程完善 装潢用切割成型 金刚石锯片切割设计：李波设计：李波设计：李波（2）PRC STS 轴快流 CO2 laser from U.S.TEM 00 Mode (高斯模式) 1000-3000 Watts“D“ Mode (Dimodal Beam) 1000-4000 Watts“Q“ Mode (Quadramodal Beam) 2500-6000 WattsSTS1000 STS1500 STS1800 STS2000 STS2200 STS
9、2500 STS3000 STS3500 STS4000 STS5000 FH6000Type:设计：李波(3) 华工恒信Lance 轴快流激光器LANCE Series Fast Flow CO2 LasersLaser Mode TEM00+01 (1000-4000 Watts)设计：李波 CNC 控制系统Self-righting systemMoving work stationHand-hold telecontrolIllumination of work areaChinese Windows circumstance Function of re-trackModem dia
10、gnose and maintainFar space diagnose and service Expert cutting apparatus systemDialogic figure display and editgrating holding systemInner mistake notesMultitask working availableAlarm equipmentFigure store and so on设计：李波激光切割过程设计：李波激光切割录像设计：李波激光切割样品1设计：李波激光切割样品2设计：李波激光切割组合木板设计：李波激光切割消音金刚石锯片设计：李波激光切割消音金刚石锯片设计：李波锯片基体激光切割优化工艺参数锯片规格材料厚度 （mm） 离焦量 （mm） 激光功 率（W） 切割速度 (m/min) 氮气压力 （MPa） 1051.3-0.3390040.40.62301.8-0.45100040.40.63002.0-0.5120040.40.63502.2-0.55140040.40.64002.8-0.625200040.40.65003.2-0.8250040.40.6设计：李波
