激光在在教學(xué)、軍事、工業(yè)上都有應(yīng)用。其中激光切割機(jī)就是其應(yīng)用之一。激光切割機(jī)在金屬與非金屬的切上都有運(yùn)用。利用激光束使材料表面的融化。本文將講述激光切割機(jī)的原理。
激光切割機(jī)原理——介紹
激光切割機(jī)技術(shù)采用激光束照射到金屬板材表面時(shí)釋放的能量。使金屬板材熔化并由氣體將溶渣吹走。由于激光力量非常集中，所以只有少量熱傳到金屬板材的其它部分，造成的變形很小或沒有變形。利用激光可以非常準(zhǔn)確地切割復(fù)雜形狀的坯料，所切割的坯料不必再作進(jìn)一步的處理。
激光源一般用二氧化碳激光束，工作功率為500～5000瓦。該功率的水平比許多家用電暖氣所需要的功率還低，由于通過透鏡和反射鏡，激光束聚集在很小的區(qū)域。能量的高度集中能夠進(jìn)行迅速局部加熱，使金屬板材溶化。
利用激光切割設(shè)備可切割16mm以下的不銹鋼，在激光束中加氧氣可切割8～10mm厚的不銹鋼，但加氧切割后會(huì)在切割面形成薄薄的氧化膜。切割的厚度可增加到16mm，但切割部件的尺寸誤差較大。
作為高科技的激光技術(shù)，自問世以來，就一直針對(duì)不同的社會(huì)需求研發(fā)出適合各行業(yè)的激光產(chǎn)品，如激光打印機(jī)，激光美容機(jī)，激光打標(biāo)數(shù)控激光切割機(jī)機(jī)，激光切割機(jī)等產(chǎn)品，由于國(guó)內(nèi)激光產(chǎn)業(yè)起步較晚，在技術(shù)研發(fā)上很大程度落后于一些發(fā)達(dá)國(guó)家，目前國(guó)內(nèi)的激光產(chǎn)品生產(chǎn)廠家生產(chǎn)出來的激光產(chǎn)品，一些關(guān)鍵的零配件如激光管，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，振鏡，聚焦鏡等還是采用進(jìn)品的。這就造成了成本的上升，也加重了消費(fèi)者的承擔(dān)。
近年來，隨著國(guó)內(nèi)激光技術(shù)的進(jìn)步，在整機(jī)及一些零配件的研發(fā)生產(chǎn)上已逐漸向國(guó)外先進(jìn)產(chǎn)品靠攏。在某些方面甚至優(yōu)于國(guó)外產(chǎn)品，再加上介格的優(yōu)勢(shì)，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)還是占據(jù)主導(dǎo)地位。但是在一些精密加工及設(shè)備、穩(wěn)定性和耐性方面，國(guó)外先進(jìn)產(chǎn)品還是占據(jù)絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)的。
激光切割機(jī)原理——原理
在激光切割機(jī)中，其主要工作的是激光管，因此我們要了解激光管。
都清楚的知道激光設(shè)備中，激光管的重要性，下面就以現(xiàn)今最為普遍的一種激光管來進(jìn)行判定。CO2激光管！
激光管的組成是采用一種硬質(zhì)的玻璃制造的，因此是一種易碎，易裂的物質(zhì)。要想了解CO2激光管，就必須先要了解激光管的結(jié)構(gòu)，像這種二氧化碳激光器采用的都是層套筒式結(jié)構(gòu)，最為里面的是一層放電管。然而二氧化碳的激光器放電管的直徑比激光管的本身都還要粗，放電管的粗細(xì)跟光斑的大小所引起的衍射反應(yīng)成為一種正比，管長(zhǎng)的長(zhǎng)短跟放電管的輸出功率也形成了一種比例。
激光切割機(jī)在運(yùn)作過程中，激光管會(huì)產(chǎn)生很大熱量，影響了切割機(jī)正常工作，因此需要特域冷水機(jī)來冷卻激光管，確保激光切割機(jī)在恒溫狀態(tài)下正常工作。200W的激光器選用CW－6200就可以了，制冷量5．5KW；650W的激光器要選用CW－7800，制冷量能達(dá)到23KW。
激光切割機(jī)原理——切割特點(diǎn)
激光切割的優(yōu)點(diǎn)：
優(yōu)點(diǎn)Ⅰ——效率高
因激光的傳輸特性，激光切割機(jī)上一般配有多臺(tái)數(shù)控工作臺(tái)，整個(gè)切割過程可以全部實(shí)現(xiàn)數(shù)控。操作時(shí)，只需改變數(shù)控程序，就可適用不同形狀零件的切割，既可進(jìn)行二維切割，又可實(shí)現(xiàn)三維切割。
優(yōu)點(diǎn)Ⅱ——速度快
功率為1200W的激光切割2mm厚的低碳鋼板，切割速度可達(dá)600cm／min；切割5mm厚的聚丙烯樹脂板，切割速度可達(dá)1200cm／min。材料在激光切割時(shí)不需要裝夾固定。
優(yōu)點(diǎn)Ⅲ——切割質(zhì)量好
一：激光切割切口細(xì)窄，切縫兩邊平行并且與表面垂直，切割零件的尺寸精度可達(dá)±0．05mm。
二：切割表面光潔美觀，表面粗糙度只有幾十微米，甚至激光切割可以作為最后一道工序，無需機(jī)械加工，零部件可直接使用。
三：材料經(jīng)過激光切割后，熱影響區(qū)寬度很小，切縫附近材料的性能也幾乎不受影響，并且工件變形小，切割精度高，切縫的幾何形狀好，切縫橫截面形狀呈現(xiàn)較為規(guī)則的長(zhǎng)方形。激光切割、氧乙炔切割和等離子切割方法的比較見表1，切割材料為6．2mm厚的低碳鋼板。
優(yōu)點(diǎn)Ⅳ——切割非接觸
激光切割時(shí)割炬與工件沒有直接接觸，不存在有工具的磨損。加工不同形狀的零件，不需要更換“刀具”，只需改變激光器的輸出參數(shù)。激光切割過程噪聲低，振動(dòng)小，污染小。
優(yōu)點(diǎn)Ⅴ——可切割材料多
與氧乙炔切割和等離子切割比較，激光切割材料的種類多，包括金屬、非金屬、金屬基和非金屬基復(fù)合材料、皮革、木材及纖維等。
激光切割機(jī)原理——切割方式
Ⅰ汽化切割
是指被加工材料的去除主要是通過使材料汽化的方式進(jìn)行的。
在汽化切割過程中，工件表而在聚焦激光束的作用下，溫度迅速上升到汽化溫度，材料大量汽化，形成的高壓蒸氣以超音速向外噴射。同時(shí)在激光作用區(qū)內(nèi)形成“孔洞”，激光束在孔洞內(nèi)多次反射又使材料對(duì)激光的吸收豐迅速提高。
在高壓蒸氣高速噴射的過程中，切縫內(nèi)的熔融物被同時(shí)從切縫處吹走，直至將工件切斷。內(nèi)于汽化切割主要靠使材料汽化的方式進(jìn)行，因此所需的功率密度很高，一般應(yīng)達(dá)到每平方厘米就有10的八次方瓦以上。
汽化切割是激光切割一些低燃點(diǎn)材料（如木材、碳和某些塑料）以及難熔性材料（如陶瓷等）時(shí)常采月的方法。用脈沖激光器切割材料時(shí)也多采用汽化切割的方法。
Ⅱ反應(yīng)熔化切割
在熔化切割中．如果輔助氣流不僅僅是把切縫內(nèi)的熔融物吹走，而且還能夠與工件發(fā)生改熱反應(yīng)，使切割過程增加另—熱源，這樣的切割稱為反應(yīng)熔化切割。通常能與工件發(fā)生反應(yīng)的氣體是氧氣或含有氧氣的混合氣休。
當(dāng)工件表面溫度達(dá)到燃點(diǎn)溫度時(shí)，就會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的燃燒放熱反應(yīng)，可大大提高激光切割的能力。對(duì)于低碳鋼和不銹鋼，燃燒放熱反應(yīng)提供的能量是60％。對(duì)于鈦等活性金屬，燃燒提供的能量大約是90％。
因此，反應(yīng)熔化切割與激光汽化切割、—般熔化切割相比，所需的激光功率密度更低，僅為汽化切割的1／20，熔化切割的1／2。然而，在反應(yīng)熔化切割中，內(nèi)于燃燒反應(yīng)會(huì)使材料表面發(fā)生一些化學(xué)變化，從而對(duì)工件的性能會(huì)有影響。
Ⅲ熔化切割
在激光切割過程中，如果增加一個(gè)與激光束同軸的輔助吹氣系統(tǒng)，使切割過程中熔融物的去除不是單靠材料汽化本身，而主要是依靠高速輔助氣流的吹動(dòng)作用，將熔融物連續(xù)不斷地從切縫中吹走，這樣的切割過程稱為熔化切割。
在熔化切割過程中，工件溫度不再需要被加熱到汽化溫度以上，因此所需的激光功率密度可大大降低。由材料熔化與汽化的潛熱比可知，熔化切割所需激光功率僅為汽化切割方法的1／10。
Ⅳ激光劃片
這種方法主要用于：半導(dǎo)體材料；利用功率密度很高的激光束在半導(dǎo)體構(gòu)料工件表面劃出—個(gè)個(gè)淺的溝槽，由于這種溝槽削弱了半導(dǎo)體材料的結(jié)合力．可通達(dá)機(jī)械的方法或振動(dòng)的方法使其斷裂。激光劃片的質(zhì)量用表面碎片和熱影響區(qū)的大小來衡量。
Ⅴ冷切割
這是一種新型加工方法，是隨著最近幾年紫外波段的高功率準(zhǔn)分子激光器的出現(xiàn)而提出來的。它的基本原理：紫外光子的能量同許多有機(jī)材料的結(jié)合能相近，用這樣的高能光子去撞擊有機(jī)材料的結(jié)合鍵并使其破裂。從而達(dá)到切割的目的。這種新技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景