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几乎反比例地减小。在激光功率一定的情况下,限制因数就是割缝处的气压和材料的热传导率。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/cm2~105 W/cm2之间。
激光切割的优点之一是光束的能量密度高,一般10W/cm2。由于能量密度与面积成反比,所以焦点光斑直径尽可能的小,以便产生一窄的切缝;同时焦点光斑直径还和透镜的焦深成正比。聚焦透镜焦深越小,焦点光斑直径就越小。但切割有飞溅,透镜离工件太近容易将透镜损坏,因此一般大功率CO2激光切割机工业应用中广泛采用5〃~7.5〃〞(127~190mm)的焦距。实际焦点光斑直径在0.1~0.4mm之间。对于的切割,有效焦深还和透镜直径及被切材料有关。例如用5〃的透镜切碳钢,焦深为焦距的+2%范围内,即5mm左右。因此控制焦点相对于被切材料表面的位置十分重要。顾虑到切割质量、切割速度等因素,原则上6mm的金属材料,焦点在表面上; 6mm的碳钢,焦点在表面之上; 6mm的不锈钢,焦点在表面之下。具体尺寸由实验确定。
在工业生产中确定焦点位置的简便方法有三种:
(1)打印法:使切割头从上往下运动,在塑料板上进行激光束打印,打印直径小处为焦点。
(2)斜板法:用和垂直轴成一角度斜放的塑料板使其水平拉动,寻找激光束的小处为焦点。
(3)蓝色火花法:去掉喷嘴,吹空气,将脉冲激光打在不锈钢板上,使切割头从上往下运动,直至蓝色火花大处为焦点。
自从激光技术被引入切割金属薄板,CO2激光器就雄踞市场。CO2激光光源需要很多能量来激发氮分子来与CO2分子(激光气体)产生碰撞,促使它们发射光子,终形成可以割穿金属的激光束。谐振腔内的分子活动在释放出光的同时也释放出热量,这就需要一个冷却系统来冷却激光气体。这意味着在冷却过程中要消耗更多能量,进一步减低了能效。
随着国内激光切割机技术的成熟,国内加工厂开始大量购买激光切割机,原来该设备的技术主要垄断在国外企业,国内购买设备费用昂贵,随着国内激光切割设备技术的成熟,价格有优势,激光切割机主要用来切割钢板,有的用液氮或液氧进行切割,但是这两样对一般的中小企业来说成本也不少,逐渐开始用空压机进行切割,那么该用什么样的空压机呢,购买时如果有能力选用小功率空压机,选择空压机大小主要看激光切割机的功率大小还有切割钢板的厚度有关,一般来说1KW的激光切割机用一台7.5或者11KW螺杆空压机即可,1.5KW的借光切割机用一台11KW或15KW空压机即可,选择压力一般都在13bar的空气压力,如需要切割更厚的钢板,一般选择16bar的空压机,当然具体还需要激光切割设备提供商给出数据为,空压机后处理的净化系统对激光切割机也尤为重要,一旦压缩空气中含有大量水份和含油量,那么对激光切割机损伤还是蛮大的,特别是激光切割机的镜片,说不定因为压缩空气中的水分和含油量导致经常更换镜片,从而影响生产和增加购买镜片的成本,所以在购买空压机的时候,买一套比较质量好的干燥设备还有过滤器,虽然成本费用有所增加,但是会大大减少因为压缩空气的质量导致切割机镜片的损害率。
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