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CO2激光切割的幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)是光、機(jī)、電一體化的綜合技術(shù)。
激光束的參數(shù)、機(jī)器與數(shù)控系統(tǒng)的性能和精度都直接影響激光切割的效率和質(zhì)量。特別是對(duì)于切割精度較高或厚度較大的零件,必須掌握和解決以下幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù):1、焦點(diǎn)位置控制技術(shù)2.切割穿孔技術(shù)3.噴嘴設(shè)計(jì)及氣流控制技術(shù)4、控制斷裂切割
激光切割的優(yōu)點(diǎn)之一是光束的能量密度高,一般10W/cm2。由于能量密度與4/πd2成正比,所以焦點(diǎn)光斑直徑盡可能的小,以便產(chǎn)生一窄的切縫;同時(shí)焦點(diǎn)光斑直徑還和透鏡的焦深成正比。聚焦透鏡焦深越小,焦點(diǎn)光斑直徑就越小。但切割有飛濺,透鏡離工件太近容易將透鏡損壞,因此一般大功率CO2激光切割工業(yè)應(yīng)用中廣泛采用5〃~7.5〃″(127~190mm)的焦距。實(shí)際焦點(diǎn)光斑直徑在0.1~0.4mm之間。對(duì)于高質(zhì)量的切割,有效焦深還和透鏡直徑及被切材料有關(guān)。例如用5〃的透鏡切碳鋼,焦深為焦距的 2%范圍內(nèi),即5mm左右。因此控制焦點(diǎn)相對(duì)于被切材料表面的位置十分重要。這個(gè)艱辛的過程并不是所有的設(shè)備所能夠承擔(dān)的,也不是所有的設(shè)備能夠承受的住,也不是所有的金屬激光切割機(jī)在遇到這樣的問題的時(shí)候能夠冷靜的對(duì)待。顧慮到切割質(zhì)量、切割速度等因素,原則上6mm的金屬材料,焦點(diǎn)在表面上;6mm的碳鋼,焦點(diǎn)在表面之上;6mm的不銹鋼,焦點(diǎn)在表面之下。
在激光熔化切割中,工件被局部熔化后借助氣流把熔化的材料噴射出去。因?yàn)椴牧系霓D(zhuǎn)移只發(fā)生在其液態(tài)情況下,所以該過程被稱作激光熔化切割。
激光光束配上高純惰性切割氣體促使熔化的材料離開割縫,而氣體本身不參于切割。
——激光熔化切割可以得到比氣化切割更高的切割速度。氣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。
——大切割速度隨著激光功率的增加而增加,隨著板材厚度的增加和材料熔化溫度的增加而幾乎反比例地減小。在激光功率一定的情況下,限制因數(shù)就是割縫處的氣壓和材料的熱傳導(dǎo)率。
——激光熔化切割對(duì)于鐵制材料和鈦金屬可以得到無氧化切口。
——產(chǎn)生熔化但不到氣化的激光功率密度,對(duì)于鋼材料來說,在104W/cm2~105W/cm2之間。
激光切割加工機(jī)的激光特點(diǎn):
顏色極純:
光的顏色由光的波長(zhǎng)(或頻率)決定.的波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的顏色.太陽光的波長(zhǎng)分布范圍約在0.76微米至0.4微米之間,對(duì)應(yīng)的顏色從紅色到紫色共7種顏色,所以太陽光談不上單色性.發(fā)射單種顏色光的光源稱為單色光源,它發(fā)射的光波波長(zhǎng)單一.比如氦燈、氫燈等都是單色光源,只發(fā)射某一種顏色的光.單色光源的光波波長(zhǎng)雖然單一,但仍有的分布范圍.如燈只發(fā)射紅光,單色性很好,被譽(yù)為單色性之冠,波長(zhǎng)分布的范圍仍有0.00001納米,因此燈發(fā)出的紅光,若仔細(xì)辨認(rèn)仍包含有幾十種紅色.由此可見,光輻射的波長(zhǎng)分布區(qū)間越窄,單色性越好. 激光器輸出的光,波長(zhǎng)分布范圍非常窄,因此顏色極純.以輸出紅光的激光器為例,其光的波長(zhǎng)分布范圍可以窄到2×10^-9納米,是燈發(fā)射的紅光波長(zhǎng)分布范圍的萬分之二.由此可見,激光器的單色性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過任何一種單色光源.
能量密度:
光子的能量是用E=hv來計(jì)算的,其中h為普朗克常量,v為頻率.由此可知,頻率越高,能量越高.激光頻率范圍3.846*10^(14)Hz到7.89510(14)Hz.電磁波譜可大致分為:
(1)無線電波——波長(zhǎng)從幾千米到0.3米左右,一般的電視和無線電廣播的波段就是用這種波;
(2)微波——波長(zhǎng)從0.3米到10^-3米,這些波多用在雷達(dá)或其它通訊系統(tǒng);
(3)紅外線——波長(zhǎng)從10^-3米到7.8×10^-7米;
(4)可見光——這是人們所能感光的極狹窄的一個(gè)波段.波長(zhǎng)從780—380nm.光是原子或分子內(nèi)的電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變時(shí)所發(fā)出的電磁波.由于它是我們能夠直接感受而察覺的電磁波很少的那一部分;
(5)紫外線——波長(zhǎng)從3×10^-7米到6×10^-10米.這些波產(chǎn)生的原因和光波類似,常常在放電時(shí)發(fā)出.由于它的能量和一般化學(xué)反應(yīng)所牽涉的能量大小相當(dāng),因此紫外光的化學(xué)效應(yīng)強(qiáng);
(6)倫琴射線——這部分電磁波譜,波長(zhǎng)從2×10^-9米到6×10^-12米.倫琴射線(X射線)是電原子的內(nèi)層電子由一個(gè)能態(tài)跳至另一個(gè)能態(tài)時(shí)減速時(shí)所發(fā)出的;
(7)伽馬射線——是波長(zhǎng)從10^-10~10^-14米的電磁波.γ射線的穿透力很強(qiáng),對(duì)生物的破壞力很大.由此看來,激光能量并不算很大,但是它的能量密度很大(因?yàn)樗淖饔梅秶苄?一般只有一個(gè)點(diǎn)),短時(shí)間里聚集起大量的能量.