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发布时间:2021-02-28 16:04:11

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激guang切割yuan理

  guang纤激guang切割机利用经聚焦的高功率密度激guang束照射工件,使bei照射的材liao迅速熔化、汽化、烧shi或达到燃dian,同时借助与guang束同zhou的高速气流吹除熔融wu质,从而实xian将工件割开,激guang切割属yu热切割方fa之一,其工作yuan理图如下图示[1]。

[1]chen家璧,彭run玲,deng.激guangyuan理及应用[J]. 电子工业出版社,2008:174.

guang纤激guang切割的工yi参数及规律

激guang切割的分类
  

1)汽化切割
  利用
高能密度的激guang束加热工件。在短的时间内汽化,xing成蒸气。在材liao上xing成切kou。材義i命/span>汽化热襤ua愫艽螅瑂uo以激guang汽化切割时需要大的功率和功率密度。
  激guang汽化切割多用yu极薄金属材liao和
非金属材liao(如纸、布、木材、塑liao和xiang皮deng)的切割。
  

2)熔化切割
  激guang熔化切割时,用
激guang加热使金属材liao熔化,喷嘴喷吹非氧化性气体(氩气、氦气、氮气deng),依靠气体的qiang大ya力使液态金属排出,xing成切kou。suo需能量约为汽化切割的1/10。
  激guang熔化切割主要用yu一些buyi氧化的材liao或活性金属的切割,如bu锈钢、tai、铝及相guan合金deng。
  

3)氧气切割
  它shi用激guang作为预热热源,用
氧气deng活性气体作为切割气体。喷吹出的气体一方面与切割金属作用,发生氧化反应,fang出大量的氧化热;另一方面把熔融的氧化wu和熔化wu从反应区吹出,而切割速度襤ua愦髖u激guang汽化切割和熔化切割。
  激guang氧气切割主要用yu碳钢、tai钢以及热处理钢dengyi氧化的金属材liao。

 

激guang切割的相guan工yi参数

guang纤激guang切割的工yi参数及规律


 

激guang功率及guang束聚焦te性

激guang输出功率

  激guang输出功率直接ying响激guang切割机的性能。通常,随板厚的zeng加,suo需的激guang功率也越大。在同zhong同厚度板材切割中,激guang输出功率越大,切割速度越快,切割端面也越guang滑;但在输出功率确ding后,切割速度xu和材liao材质及其厚度吻合好,此时才能达到zui好的切割效果,速度过快和过慢du会ying响激guang切割的效果。 

            

激guang输出模式

  单模shizhi在一条guang纤蓌ian诵幸粃hong波长的模态,多模shizhi在一条guang纤线蓌ian诵幸粃hong以上波长的模态。通常,单模激guangguang束质量好,xing成的guang斑小,shi合进衳ing⒓庸ぜ氨“迩懈睿琿ie加工精度高;多模激guang则shi合金属han接、工业零部件热处理及bu锈钢、铝、钢材deng厚板材義i母咧柿壳懈睢?nbsp;

 

激guang输出及guang束聚焦te性

焦dian大小及焦深长度

  在激guang切割中,焦dian位置dui材義i那懈钚Ч鹹ing响很大,bu同的材质或厚度,激guang切割时dui应bu同的焦dian位置。

  激guang切割中,焦dian大小焦深shiying响切割效果和效率的重要因su之一。guang束经短焦距聚焦jing后guang斑直綿uan郿ui较小、焦深短,焦dian处功率密度很高,则有利yu高速切割薄型材liao,qie切割精度高。经长焦距透jing后,焦dian有较长的焦深,但焦dian直綿uan郿ui较大,只要ju有足够功率密度,则比较shi合切割厚工件。

 

焦dian位置

通常焦dian位置

与切割面的guanxi

guang纤激guang切割的工yi参数及规律

 

小结

  切割薄板时,焦dian襤ua阍诠ぜ?iao面处;切割厚板时,bu锈钢焦dian通常深入板内约为板厚的1/3—1/4处,处yu负离焦距范wei;碳钢时,焦dian在其板面上方,qie随板厚度的zeng加焦dian越yuan离板面,处yu正离焦范wei。

 

辅助气体及配置

激guang切割机的中,与激guang输出同zhou的辅助气体bu但ke吹走割缝内的熔渣,还能冷却加工wu体biao面,减少热ying响区,冷却聚焦透jing,防止烟尘进入透jing座内污染jing片并导致jing片过热。

气体zhong类与ya力的选择dui切割工yi也有重要的ying响。选择辅助气体的zhong类及相应气ya大小的匹配将dui切割的性能,包括切割的精度、速度及切割厚度dengdu会产生一ding的ying响。

气体zhong类        

  襤ua鉸ingkuang下,激guang切割过程du需要使用辅助气体,气体的选择xu根据bu同的材质来确ding。激guang切割中通常使用的辅助气体有氧气、氮气、kong气deng,其效果及功能如下:

1、氧气 
  主要用yu激guang切割机切割碳钢。利用氧气反应热大幅面提高切割效率的同时,产生的氧化mo会提高反射材義i膅uang束guang谱吸收因数。切kou端面发黑或者anhuang色。 
  主要shi用ya延钢材,rong接构造用ya延钢材,机械构造用碳钢,高张力版,工ju板,bu锈钢,电du钢板,铜,铜合金deng。

2、氮气 
  一些金属在切割的时候采用氧气会在切割面上xing成氧化mo,采用氮气就ke以进行防止氧化mo出xian的无氧化切割。无氧化切割面ju有ke以直接进行熔接、涂抹,耐腐shi性qiangdengtedian。切kou端面发白。
  主要shi用的板材有bu锈钢,电du钢板,huang铜,铝,铝合金deng。

3、kong气 
  kong气ke由kong气ya缩机直接提供,suo襷a肫渌??逑啾燃鄹穹浅?ianyi。虽然kong气中大约含有20%的氧气,但shi切割效率yuanbu及氧气,切割能力与氮气相近。切割面会出xian微量氧化mo,但ke作为防止涂mo层脱落的一项措施。切kou端面发huang。
  主要shi用的材liao有铝,铝合金,bu锈铜,huang铜,电du钢板,非金属deng。

4、氩气 
  氩气为惰性气体,在激guang切割机切割中用yu防止氧化和氮化,在熔接中也使用,与其他加工气体相比,价格jingdao,相应zeng加成本。切kou端面发白。

  主要shi用的材liaoshitai,tai合金deng。

 

辅助气体及配置

气ya大小糰n摺?iya    

  襤ua闶褂醚跗?懈钇胀ㄌ几郑琩iya打孔,高ya切割;使用kong气切割非金属,diya和高ya的ya力ke调为一样;使用氮气切割bu锈钢deng,diya氧气打孔。

  激guang切割dui辅助气流的基本要求shi:进入切kou的气流量大、速度高,以bian有足够的动量将熔融材liao喷射dai出。辅助气体纯度越高,切割的质量越好。

  在确保辅助气体纯度的前提下,气ya的大小也shi很重要的因su。如果辅助气体的ya力匹配bushi当,襜u醖ui切割效果造成一dingying响。激guang切割过程中,如果ya力bu足,工件切割面处就会产生熔渍,粗糙度zeng大qie切割速度无fa提sheng,从而ying响零件的切割效果;如果气ya偏大,气流过猛,会造成切割duan面粗糙度zeng大,切割缝变宽,还会导致切duan部分熔化,无faxing成良好的切割质量。通常,随着suo切板材厚度的zeng加,suo需辅助气体的气ya也zhu渐zeng大。

guang纤激guang切割的工yi参数及规律

辅助气体ya力dui切割质量的ying响

 

辅助气体及配置

喷嘴选型

  喷嘴的大小及zhong类dengdui切割质量和穿孔质量有重要的ying响,其bu仅ke防止熔渍zawu往上反dan污染聚焦jing,还ju有kongzhi辅助气体扩散面积及大小deng作用。切割材liao时,喷嘴过大或过小du会ying响切割效果。切割时,需根据ju体板材材质,板厚来ju体选配。下biao、图分别为两组配置喷嘴的切割dui说明及bu同类型喷嘴示意图。

guang纤激guang切割的工yi参数及规律


 guang纤激guang切割的工yi参数及规律

小结:

  襤ua憷此担?缱炜拙洞笮〉难∨渌媲懈畎宀暮穸鹊膠eng加而zeng大;小孔径喷嘴ke提高切割精度,大孔径喷嘴则有利yu切割较厚板材;通常,bu锈钢、铝合金deng切割采用单层喷嘴,碳钢、结构钢deng切割采用复合喷嘴。

 

切割材liao性能

材liaozhong类

bu同材liaoduiguangbu同波段的吸收程度bu同。当前,多数guang纤激guang器的输出波长为1.064微米,而该波段的激guang非常有利yu金属材義i奈?眨?蚨鴊uang纤激guang在金属切割、han接deng加工领域zhanxian出了you越的能力并得到了广泛的应用。

目前,通常采用guang纤激guang加工(切割)的金属材liao主要有下面几zhong:

bu锈钢:激guangdui切割bu锈钢来说shi个非常有效的加工工ju。在kongzhi好激guang切割工yi参数的qingkuang下,ke使切bian热ying响区很小,qie切割速度快、效果好。

碳钢:激guang的碳钢切割shi利用激guang的氧化熔化切割机zhi,其切缝kekongzhi在满意的宽度范wei,dui碳钢板的zui大ke切厚度为20mm。

铝及合金:铝为高反射材liao,纯铝因为其高纯度切割膞un冉洗螅宦梁辖鹩蓎u其成分chayi,切割效果cha别较大。铝切割属yu激guang的熔化切割机zhi,辅助气体主要起从切割区吹走熔融wu的作用,通常ke获得较好的切面质量。

铜及合金:铜ju有高反射率和良好热传导性。huang铜(铜合金)使用较高激guang功率加辅助气体,ke以dui较薄的板材进行切割;zi铜 (纯铜)由yu太高的反射率,连续激guang很难切割,脉chong激guangke以切割较薄的板材。

tai及合金:纯tai能很好ou合聚焦激guang束转化的热能,激guang切割时辅助气体通常采用氩气和氮气,以防止与氧反应产生过烧。

 

切割材liao性能

材liao厚度

  激guang切割碳钢板的厚度ke达20mm;厚度6mm以下的bu锈钢ke以进行激guang切割;huang铜、铝合金薄板ke襷a玫??懈睿?癜錵e襷a醚跗?懈睢Mǔ#??uang功率越大ke切割同zhong材義i暮穸染拖郿ui越大;随板材厚度zeng加,高反材liao切割膞un葄hu渐大。下图为一台500wguang纤激guang器切割bu同厚度、bu同材謘hi保琩ui应zuiyou切割效果时的厚度—切割速度的dui应guanxi。

guang纤激guang切割的工yi参数及规律

分析:        

  由yubu同zhong材liaoduiguang纤激guang切割机吸收率bu同,因而dui同deng厚度的bu同材质的材liao有bu同的切割速度。受激guang器功率ying响,bu同厚度的同zhong材liao,切割的速度及效果也有xian著bu同。切割辅助气体在切割中襜u醖ui切割工yi产生一ding的ying响。

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