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精密激光切割設(shè)備

發(fā)布時間：2023-07-18 10:03:25 瀏覽次數(shù)：2452次

關(guān)于激光切割技術(shù)參數(shù)詳解

1.專用的裝置

減少因聚焦前光束尺寸變化帶來的焦點光斑尺寸的變化

，國內(nèi)外激光切割系統(tǒng)的制造商提供了一些專用的裝置供用戶選用：

（1）平行光管

。這是一種常用的方法

，即在光纖激光器的輸出端加一平行光管進(jìn)行擴(kuò)束處理

，擴(kuò)束后的光束直徑變大

，發(fā)散角變小

，使在切割工作范圍內(nèi)近端和遠(yuǎn)端聚焦前光束尺寸接近一致

。

（2）在切割頭上增加一獨立的移動透鏡的下軸

，它與控制噴嘴到材料表面距離（standoff）的Z軸是兩個相互獨立的部分

。當(dāng)機(jī)床工作臺移動或光軸移動時

，光束從近端到遠(yuǎn)端F軸也同時移動，使光束聚焦后光斑直徑在整個加工區(qū)域內(nèi)保持一致

。

（3）控制聚焦鏡（一般為金屬反射聚焦系統(tǒng)）的水壓

。若聚焦前光束尺寸變小而使焦點光斑直徑變大時，自動控制水壓改變聚焦曲率使焦點光斑直徑變小。

（4）飛行光路切割機(jī)上增加x

、y方向的補(bǔ)償光路系統(tǒng)

。即當(dāng)切割遠(yuǎn)端光程增加時使補(bǔ)償光路縮短；反之當(dāng)切割近端光程減小時

，使補(bǔ)償光路增加

，以保持光程長度一致。

2.切割穿孔技術(shù)

任何一種熱切割技術(shù)

，除少數(shù)情況可以從板邊緣開始外

，一般都必須在板上穿一小孔。早先在激光沖壓復(fù)合機(jī)上是用沖頭先沖出一孔

，然后再用激光從小孔處開始進(jìn)行切割

。對于沒有沖壓裝置的激光切割機(jī)有兩種穿孔的基本方法：

（1）爆破穿孔：(Blastdrilling)，材料經(jīng)連續(xù)激光的照射后在中心形成一凹坑

，然后由與激光束同軸的氧流很快將熔融材料去除形成一孔

。一般孔的大小與板厚有關(guān)，爆破穿孔平均直徑為板厚的一半

，因此對較厚的板爆破穿孔孔徑較大

，且不圓，不宜在要求較高的零件上使用（如石油篩縫管）

，只能用于廢料上

。此外由于穿孔所用的氧氣壓力與切割時相同，飛濺較大

。

（2）脈沖穿孔：（Pulsedrilling）采用高峰值功率的脈沖激光使少量材料熔化或汽化

，常用空氣或氮氣作為輔助氣體，以減少因放熱氧化使孔擴(kuò)展

，氣體壓力較切割時的氧氣壓力小

。每個脈沖激光只產(chǎn)生小的微粒噴射，逐步深入

，因此厚板穿孔時間需要幾秒鐘

。一旦穿孔完成，立即將輔助氣體換成氧氣進(jìn)行切割

。這樣穿孔直徑較小

，其穿孔質(zhì)量優(yōu)于爆破穿孔。為此所使用的激光器不但應(yīng)具有較高的輸出功率

；更重要的時光束的時間和空間特性，因此一般橫流光纖激光器不能適應(yīng)激光切割的要求

。

此外脈沖穿孔還須要有較可靠的氣路控制系統(tǒng)

，以實現(xiàn)氣體種類、氣體壓力的切換及穿孔時間的控制。在采用脈沖穿孔的情況下

，為了獲得高質(zhì)量的切口

，從工件靜止時的脈沖穿孔到工件等速連續(xù)切割的過渡技術(shù)應(yīng)以重視。從理論上講通?div id="m50uktp" class="box-center"> ？筛淖兗铀俣蔚那懈顥l件：如焦距

、噴嘴位置、氣體壓力等

，但實際上由于時間太短改變以上條件的可能性不大

。

3.噴嘴設(shè)計及氣流控制技術(shù)

激光切割鋼材時，氧氣和聚焦的激光束是通過噴嘴射到被切材料處

，從而形成一個氣流束

。對氣流的基本要求是進(jìn)入切口的氣流量要大，速度要高

，以便足夠的氧化使切口材料充分進(jìn)行放熱反應(yīng)

；同時又有足夠的動量將熔融材料噴射吹出。因此除光束的質(zhì)量及其控制直接影響切割質(zhì)量外

，噴嘴的設(shè)計及氣流的控制（如噴嘴壓力

、工件在氣流中的位置等）也是十分重要的因素。激光切割用的噴嘴采用簡單的結(jié)構(gòu)

，即一錐形孔帶端部小圓孔

。通常用實驗和誤差方法進(jìn)行設(shè)計。

因為噴嘴一般用紫銅制造

，體積較小

，是易損零件，需經(jīng)常更換

，因此不進(jìn)行流體力學(xué)計算與分析

。在使用時從噴嘴側(cè)面通入一定壓力Pn(表壓為Pg)的氣體，稱噴嘴壓力

，從噴嘴出口噴出

，經(jīng)一定距離到達(dá)工件表面，其壓力稱切割壓力Pc

，最后氣體膨脹到大氣壓力Pa

。研究工作表明隨著Pn的增加，氣流流速增加

，Pc也不斷增加

。

可用下列公式計算：V=8.2d2(Pg+1)

V-氣體流速L/min

d-噴嘴直徑mm

Pg-噴嘴壓力（表壓）bar

對于不同的氣體有不同的壓力閾值，當(dāng)噴嘴壓力超過此值時

，氣流為正常斜激波

，氣流速從亞音速向超音速過渡。此閾值與Pn、Pa比值及氣體分子的自由度（n）兩因素有關(guān)：如氧氣

、空氣的n=5

，因此其閾值Pn=1bar×(1.2)3.5=1.89bar。當(dāng)噴嘴壓力更高Pn/Pa=(1+1/n)1+n/2時（Pn

；4bar）,氣流正常斜激波封變?yōu)檎げ?div id="4qifd00" class="flower right">

，切割壓力Pc下降，氣流速度減低

，并在工件表面形成渦流

，削弱了氣流去除熔融材料的作用，影響了切割速度

。因此采用錐孔帶端部小圓孔的噴嘴

，其氧氣的噴嘴壓力常在3bar以下。

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