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大功率切/焊加工

浅谈激光加工与传统加工的比较

2013-12-27 返回列表

  激光加工是利用激光的能量经过聚焦镜聚焦后在焦点上达到极高的能量密度,被加工材料吸收激光后产生光热效应来进行加工。激光加工不需要传统的刀具,激光就是一把“隐形的刀”,具有加工速度快、材料变形小等特点。

 

  激光加工有以下特点:

  1、激光功率密度高,材料吸收激光后温度迅速升高而熔化或汽化,即使熔点高、硬度大和质脆的材料也可用激光加工;

  2、激光头与工件不接触,不存在加工刀具磨损问题;

  3、工件不受加工切屑力;

  4、激光束的光斑直径可小到微米量级,作用时间可以短到纳秒和皮秒,同时,大功率激光器的连续输出功率又可达千瓦至十千瓦量级,所以激光既适于精密微细加工,又适合于大型板材的加工;

  5、激光束易于控制,与精密机械、精密测量技术和电子计算机相结合,可实现加工的高度自动化和达到很高的加工精度。

  激光加工按照加工类别可分为切割、焊接、打标、打孔、划片、毛化、热处理等。这里主要介绍一下激光切割和焊接。

  激光切割技术广泛应用于金属和非金属材料的加工中,可大大提高加工效率,降低加工成本,提高加工质量。与传统的板材加工方法相比,激光切割具有高切割质量、高切割速度、高柔性(可切割任意形状)以及广泛的材料适应性等优点。

 

  激光切割按照工艺特点,可分为以下几种切割方式:

  1、激光熔化切割

  在激光熔化切割中,工件被局部熔化后借助气流把熔化的材料喷射出去。因为材料的转移只发生在其液态情况下,所以该过程被称作激光熔化切割。
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。

  激光熔化切割可以得到比气化切割更高的切割速度。气化所需的能量通常高于把材料熔化所需的能量。在激光熔化切割中,激光光束只被部分吸收。
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减小。

  激光熔化切割对于铁制材料和钛金属可以得到无氧化切口。产生熔化但不到气化的激光功率密度,对于钢材料来说,在104W/cm2~105W/cm2之间。

  2、激光火焰切割

  激光火焰切割与激光熔化切割的不同之处在于使用氧气作为切割气体。借助于氧气和加热后的金属之间的相互作用,产生化学反应使材料进一步加热。对于相同厚度的结构钢,采用该方法可得到的切割速度比熔化切割要高。

  另一方面,该方法和熔化切割相比可能切口质量更差。实际上它会生成更宽的割缝、明显的粗糙度、增加的热影响区和更差的边缘质量。

  激光火焰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。

  3、激光气化切割

  在激光气化切割过程中,材料在割缝处发生气化,此情况下需要非常高的激光功率。

  为了防止材料蒸气冷凝到割缝壁上,材料的厚度一定不要大大超过激光光束的直径。该加工因而只适合于应用在必须避免有熔化材料排除的情况下。该加工实际上只用于铁基合金很小的使用领域。

  该加工不能用于那些象木材和某些陶瓷等没有熔化状态因而不太可能让材料蒸气再凝结的材料。另外,这些材料通常要达到更厚的切口。

  在激光气化切割中,最优光束聚焦取决于材料厚度和光束质量。

  所需的激光功率密度要大于108W/cm2,并且取决于材料、切割深度和光束焦点位置。

  激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一,焊接过程属热传导型,即激光辐射加热工件表面,表面热量通过热传导向内部扩散,通过控制激光束的能量等参数,使工件熔化,形成特定的熔池。由于其独特的优点,已成功地应用于微、小型零件焊接中。与其它焊接技术比较,激光焊接的主要优点是:激光焊接速度快、深度大、变形小。能在室温或特殊的条件下进行焊接,焊接设备装置简单。

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