其他焊接和切割技術(shù)學(xué)習(xí)目標(biāo)１.了解激光切割的原理、分類、特點(diǎn)及應(yīng)用。２.了解激光切割的設(shè)備。３.了解激光切割的切割參數(shù)。工作任務(wù)

了解數(shù)控激光切割機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理。

一、激光切割原理、分類、特點(diǎn)及應(yīng)用１.激光切割的原理激光切割是利用高功率密度的激光束掃描材料表面，在極短

認(rèn)識激光切割其他焊接和切割技術(shù)時(shí)間內(nèi)將材料加熱到幾千至上萬攝氏度，使材料熔化或汽化、燒蝕或達(dá)到燃點(diǎn)，隨著汽化物的逸出和熔融物質(zhì)被高壓氣體吹走，便形成了切口。光切割原理圖如圖6－19所示。

２.激光切割的分類

激光切割可分為激光熔化切割、激光汽化切割、激光氧氣切割和激光劃片與控制斷裂四類。

（1）激光熔化切割

認(rèn)識激光切割其他焊接和切割技術(shù)激光熔化切割與激光深熔焊類似，利用激光加熱使金屬材料熔化，然后通過與光束同軸的噴嘴噴出非氧化氣體（Ar、Hｅ、Ｎ等），借助噴射氣體的吹力將液態(tài)金屬排出形成切口。（2）激光汽化切割利用高功率密度的激光束加熱被切割材料表面，使溫度迅速上升，在非常短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到材料的沸點(diǎn)，材料開始迅速汽化，部分材料變成蒸汽逸出，部分作為液態(tài)、固態(tài)顆粒噴出物從切割處底部被吹走，形成切口。

（3）激光氧氣切割激光氧氣切割原理類似于氧乙炔焰切割。利用激光作為預(yù)熱

認(rèn)識激光切割其他焊接和切割技術(shù)熱源，用氧氣等活性氣體作為切割氣體。噴吹出的氣體一方面與切割金屬作用，發(fā)生氧化反應(yīng)，放出大量的氧化熱，加熱下一層金屬，使金屬繼續(xù)氧化；另一方面把熔融的氧化物和熔化物從反應(yīng)區(qū)吹出，在金屬中形成切口。（4）激光劃片與控制斷裂激光劃片是利用高能量密度的激光在脆性材料的表面進(jìn)行掃描，使材料受熱蒸發(fā)出一條小槽口，或者一系列小孔，然后施加一定的壓力，脆性材料就會沿小槽處裂開?？刂茢嗔咽抢眉す馐訜峥滩鄣耐瑫r(shí)，由于加熱引起熱梯度，在脆性材料中產(chǎn)生局部熱應(yīng)力，使材料沿小槽斷開。激光劃片與控制斷裂適用于脆性材料的切割、加工。

認(rèn)識激光切割其他焊接和切割技術(shù)３.激光切割的特點(diǎn)

激光切割的優(yōu)點(diǎn)如下：切割質(zhì)量好、切割速度快、精度高、不損傷工件、不受被切材料的硬度和形狀影響、可以對非金屬進(jìn)行切割加工、節(jié)省材料、降低成本，提高新產(chǎn)品開發(fā)速度。激光切割的缺點(diǎn)如下：受激光器功率和設(shè)備體積的限制，激光切割只能切割中、小厚度的板材和管材而且隨著材料厚度的增加，切割速度下降明顯；激光切割設(shè)備費(fèi)用高，一次性投資大。

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４.激光切割的應(yīng)用激光切割的應(yīng)用領(lǐng)域非常寬廣，比如在汽車制造領(lǐng)域，在汽車樣車和小批量生產(chǎn)中大量使用三維激光束切割機(jī)。對普通鋁、不銹鋼等薄板、帶材的切割加工應(yīng)用激光加工，其切割速度已達(dá)10m／min，大幅度縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。在航空航天領(lǐng)域，激光切割技術(shù)主要用于特種航空材料的切割，如鈦合金、鋁合金、鎳合金、鉻合金、不銹鋼、及復(fù)合材料等，用激光切割加工的航空航天零部件有發(fā)動機(jī)火焰筒、鈦合金薄壁機(jī)匣、飛機(jī)框架、等。激光切割技術(shù)在非金屬材料領(lǐng)域也有著較為廣泛的應(yīng)用，不僅可以切割硬度高、脆性大的材料，如氮化硅、陶瓷、石英等，還能切割加工柔性材料，如布料、紙張、塑料板、橡膠等.

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二、激光切割的設(shè)備

激光切割機(jī)大都采用CO2

激光切割設(shè)備，主要由激光器、激光導(dǎo)光系統(tǒng)、數(shù)控運(yùn)動系統(tǒng)、割炬等組成。

１.激光器

激光器具有固體激光器和氣體激光器之分，這里以CO2激光器為例介紹其組成和工作原理。CO2激光器主要是一個(gè)起激光作用的混合氣體循環(huán)流動的管子，它是在高壓電流激勵(lì)下能夠產(chǎn)生激光的元件，當(dāng)給電極加上高電壓時(shí)，放電管中產(chǎn)生輝光放電，一端就有激光輸出。CO2激光器是一種比較重要的氣體激光器。

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２.激光導(dǎo)光系統(tǒng)

激光導(dǎo)光系統(tǒng)主要由反射鏡和可調(diào)聚焦透鏡組成，反射鏡主要體現(xiàn)的是激光的傳導(dǎo)，把激光平行傳送到需要加工的位置；聚焦鏡主要是實(shí)現(xiàn)激光能量的集中，把光能集中垂直傳送到被加工物體表面。（1）反射鏡一般由金屬制作，表面電鍍一層對激光具有強(qiáng)反射作用的金屬物質(zhì)，如金、銀、鉬、銅等，其中以金的反射效果最好。（2）聚焦鏡使激光束透過鏡片并聚焦，能使激光能量聚集到一點(diǎn)，聚焦的

認(rèn)識激光切割其他焊接和切割技術(shù)點(diǎn)越細(xì)、越小，能量越集中，焦點(diǎn)大小與激光束入射光斑大小成反比，與焦深（聚焦鏡到焦點(diǎn)的距離）成正比。

３.數(shù)控運(yùn)動系統(tǒng)

利用計(jì)算機(jī)對整個(gè)激光切割設(shè)備進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，對整個(gè)切割參數(shù)和加工參數(shù)進(jìn)行控制，控制工作臺的運(yùn)動，并調(diào)節(jié)割炬的移動方向。割炬與工件間的相對移動有三種情況：（１）割炬不動，工件隨工作臺運(yùn)動，主要用于尺寸較小的工件。（２）工件不動，割炬移動。（３）割炬和工作臺同時(shí)動作。

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４.割炬割炬主要包括割炬體、聚焦透鏡和輔助氣體噴嘴等零件，激光割炬的結(jié)構(gòu)如圖6-20所示。激光切割時(shí)，割炬必須滿足下列要求：（1）割炬能夠噴射出足夠的氣流，割炬的焦距能夠方便地調(diào)節(jié)。（2）割炬內(nèi)氣體的噴射方向必須和反射鏡的光軸同軸。（3）切割時(shí)，保證金屬蒸氣和切割金屬的飛濺物不會損傷反射鏡。激光切割時(shí)，割炬噴嘴用于向切割區(qū)噴射輔助氣體，其結(jié)構(gòu)形狀對切割效率和質(zhì)量有一定的影響。

認(rèn)識激光切割其他焊接和切割技術(shù)1-工件2-切割噴嘴3-氧氣進(jìn)氣管４-氧氣壓力表５－透鏡冷卻水套6-聚焦透鏡７-激光束8－反射冷卻水套９－反射鏡10－伺服電動機(jī)11－滾珠絲杠12－放大控制及驅(qū)動電器13－位置傳感器

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三、激光切割的切割參數(shù)

激光切割的切割參數(shù)有激光切割功率與切割速度、透鏡焦距和焦點(diǎn)位置、噴嘴的形狀和噴嘴到工件表面的距離、輔助氣體種類和壓力等。１.激光切割功率與切割速度

切割時(shí)需要根據(jù)激光器的功率和工件厚度確定切割速度。它隨激光切割功率和噴氣壓力增大而增大，而隨被切割材料厚度的增加而減小。如切割6ｍｍ非合金鋼板時(shí)切割速度為2.5ｍ／min，切割12ｍｍ非合金鋼板時(shí)切割速度為0.8ｍ／min。２.透鏡焦距和焦點(diǎn)位置（離焦量）

認(rèn)識激光切割其他焊接和切割技術(shù)透鏡焦距小，功率密度高，但焦深不大，適于薄工件高速切割。焦距大，則功率密度低，但焦深大，可用于切割厚工件。離焦量對切口寬度也有影響。一般選擇焦點(diǎn)位于材料表面下方1／3板厚處，切口寬度最小。

３.噴嘴的形狀和噴嘴到工件表面的距離

（1）噴嘴形狀的選擇

切割機(jī)不同，噴嘴形狀也不同，如圖6-21所示是激光切割機(jī)常用的噴嘴形狀。

（2）噴嘴口到工件表面的距離噴嘴口離工件表面太近，影響對濺散切割熔渣的驅(qū)散能力。

認(rèn)識激光切割其他焊接和切割技術(shù)但噴嘴口離工件表面太遠(yuǎn)，也會造成不必要的能量損失。為保證切割過程的穩(wěn)定性，一般控制噴嘴口到工件表面距離為0.5～2ｍｍ。

４.輔助氣體種類和壓力

用氧氣作為輔助氣體切割低非合金鋼時(shí)，利用激烈的氧化反

認(rèn)識激光切割其他焊接和切割技術(shù)應(yīng)產(chǎn)生大量的熱量，提高切割速度和增大板厚，并且可以獲得無掛渣的切口。切割不銹鋼時(shí)，常使用氧氣＋氮?dú)饣旌蠚怏w，比單用氧氣切口質(zhì)量好。激光切割各種材料的主要參數(shù)及特點(diǎn)見表6－5。