激光切割的机理与机械工艺技术

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  [摘 要]在不断发展的工业时代中。传统的工业切割技术已经无法满足生产的需要,因此随着科学技术的不断发展人们研发出了具有更高效率的激光切割。激光切割在应用上具有切割速度快,切割效率高的特点。这些优良的特点使得激光切割具有可观的发展前景[1]。
  [关键词]激光切割;机械工艺
  中图分类号:G31 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2019)08-0195-01
  一、激光切割的分类及其机理分析
  在激光分割的技术中包括汽化切割、熔化切割以及氧助熔化切割,这几种不同的激光切割技术具有不相同的激光切割原理。在自然界中任意的物体都具有相应的沸点,只是不同物体的沸点不一样,像铁、金、银、铜等物质在温度达到相应的沸点时会形成金属蒸汽挥发,这种汽化切割技术就是应用了金属的这种特性,激光在发射时会释放出较高的温度,这种温度会使金属在瞬间达到自身的沸点,并在使用激光后,形成金属蒸汽挥发。[2]这样的激光切割使得被切割的金属切口更加的光滑整齐,并且具有很高的效率,能在较短的时间内切割更多的金属板,一般这种技术主要的应用在较薄的金屬板或者是沸点较低的金属、塑料、橡胶等物体的切割上。在相关的切割企业运用这种汽化切割技术能够加大企业的生产效率,使企业在相同的时间范围内得到更高的生产效益。
  激光的熔化切割也是激光切割中一种较为出名的切割方式,金属的激光熔化切割也是利用激光在喷发时放出的高温来熔化切口处的金属,但是与汽化切割不同的是,在进行熔化切割时不需要将金属进行汽化,只需要借助激光释放出的部分热量将金属的切口熔化,再在非氧化性气体的不断吹挤后排出,从而达到切割金属的目的。因此,使用这种熔化切割要比汽化切割更加节省。因为在进行熔化时需要不停地吹进非氧化性的气体,在这些非氧化性气体中又多以氦气和氩气这些稀有气体为主,所以熔化切割的技术主要应用在一些钛合金的切割过程中。
  除了以上介绍的激光切割类型外,激光切割还有一种主要的切割类型,这种切割类型就是氧助熔化切割。氧助熔化的切割技术可以说成是以上两种切割技术的融合,只是与以上不同的一点是这次熔化技术利用的是气体,并且利用的气体还是氧化性气体。氧助熔化技术将氧化性气体作为切割的主要物质,在激光喷发散出热量的加热后,具有一定的能量并且这种激光放出的热量还具有催化氧化性气体和金属发生氧化反应的作用,在氧化性气体与金属物质进行相关的氧化反应生成氧化物时,还会放出大量的氧化热,这种释放出来的氧化热会进一步促进金属物质的熔化。在氧化性气体切割的位置形成切口,这种利用氧化性气体进行切割的激光切割技术具有更高的应用价值,因为这种技术在反应时只需要少量的激光热量,这就有效的减少了能源的消耗,而且参加反应的氧化性气体是生活中常见氧气,这种激光切割技术不仅仅节约了切割成本,还提高了切割效率,增加了企业的收益。
  二、激光切割的工艺参数分析
  衡量激光切割时的切割工艺和机械加工质量的标准有很多的方面,这些方面包括激光的功率大小、激光的切割速度、气体的切割压力等等[3],通过这些因素的比较能够较为清晰的看出在激光切割过程的质量水平。在激光功率大小这一方面进行分析,激光功率的不同是受激光发射器的大小不同影响,激光发射器发射的激光频率越大则激光的切割效率越高,不同的激光发射器具有不同的发射频率,因而发射的激光在进行切割时表现的切割能力也不尽相同。激光切割时的切割能力表现除了受到发射器的影响外,还会受到外界因素的影响,这些外界因素包括:材料的切割厚度、在切割时空气中的气流流动等,一旦把握不好,会使金属板的受热不均匀,切割的创口变得不光滑,影响整个金属板的切割质量。
  在切割金属板的速度控制上,应该引起注意,在进行切割金属板时影响切割速度的方面有很多,这些因素包括激光的切割速率大小、被切割金属板的厚度和长度。但是,在进行相关金属的切割时,不应该一味的注重速度还应当关注被切割金属板的质量,尤其在进行一些精密仪器的切割时更应当将质量放在第一位,在确保质量的同时适当提高速度。将质量放在第一位是为了保证加工出来的零件能够具有实用性,防止在金属的加工过程中出现原料的浪费,造成企业不必要的支出[4]。
  在运用激光熔化技术进行切割时应当注意气体压力的变化对相关切割的影响,激光熔化技术和氧助切割技术都是在激光作用的基础上,利用气体的作用对熔化状态下的金属进行切割,但是在切割过程中外界气流的不断流动和冷热气体间的温度交换,都会对切割产生影响。氧助熔化技术主要就是利用氧气与金属发生反应生成的反应热进行切割,但是在与外界的热交换过程中可能会带走部分的热量,这种现象发生的后果可能是切割金属的过程进行的不完全,切割形成的切口不完整,对于这种情况的发生[5],切割人员应当采取科学的方法对外界气流以及激光发射口发射出的激光速度进行科学的控制,金属反应放出的热量既能够将金属切断,又能够保持金属切口的完整性。
  除了以上所讲的几种激光切割的工艺参数外,还有一部分对激光切割产生影响的参数,这些工艺参数包括切割时光束的质量、切口宽度、离焦量,这些参数并不是不可控制的,技术人员在进行切割时只要采用科学的合理的切割技术,并且在切割时能够多加注意这些意外情况的发生,就能够增加激光切割的成品率。
  结语
  在这个不断发展进步的社会中,对金属以及钛合金物质的需要不断增加,原有的切割技术已经不能够满足需要,通过引进激光切割技术,有效的增加了切割的效率,但是这种激光切割的技术也会受到很多外在和内在因素的影响。本文在激光切割的种类以及不同激光的切割机理进行了详细的分析,在影响激光切割的工艺参数进行介绍和提供解决办法,工作人员在切割时应该遵循规则,多注意外来因素的影响。在保证质量的前提下,提高速度,增加企业的效益。
  参考文献
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  [2]冯少川. 单晶碳化硅晶片的激光—水射流复合近无损伤微细加工机理研究[D].山东大学,2018.
  [3]陆桂君.激光切割的机理与机械工艺技术[J].科技创新与应用,2017(03):122.
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