激光切割工艺(共58张PPT)

Writer： admin Time：2022-07-03 Browse：197

　　蓝冠娱乐(1)主要用于将板材切割成所需形状工件的 激光加工机床。 (2)利用激光束的热能实现切 割的设备， 就是将激光束照射到工件表面时释 放的能量来使工件融化并蒸发，以达到切割和 雕刻的目的，具有精度高，切割快速，不局限 于切割图案限制，自动排版节省材料，切口平 滑，加工成本低等特点，将逐渐改进或取代于 传统的切割工艺设备。

　　按工作物质的种类可分为固体激光器、气 体激光器、液体激光器和半导体激光器四 大类。由于He-Ne(氦—氖)气体激光器所产 生的激光不仅容易控制，而且方向性、单 色性及相干性都比较好，因而在机械制造 的精密测量中被广泛采用。而在激光加工 中则要求输出功率与能量大，目前多采用 二氧化碳气体激光器及红宝石、钕玻璃、

　　按切割柜与工作台相对移动的方式，可分为以下三种类 型： （1）在切割过程中，光束（由割炬射出）与工作台都 移动，一般光束沿Y向移，工作台在X向移。 （2）在切割过程中，只有光束（割炬）移动，工作台 不移动。 （3）在切割过程中，只有工作台移动，而光束（割炬 ）则固定不动。

　　聚焦后作用于加工部位，这种从激光器输出窗口到被加 工工件之间的装置称为导光聚焦系统。

　　内移动的工作台及机电控制系统等。随着电子技术的发 展，许多激光加工系统已采用计算机来控制工作台的移 动，实现激光加工的连续工作。

　　將数字信息送入专用的或通用的计算机, 计算机对输入的信息进行处理和运算,发出 各种指令來控制机床的伺服系統或其它执行 元件,使机床自动加工出所需要的工件或产 品.

　　（12）交换切割台交换时间：约35秒 机床精度VDL/DGQ3441测量长度1m。切割精 度与板材厚度和质量有关。

　　在激光熔化切割中，工件被局部熔化后借助气流 把熔化的材料喷射出去。因为材料的转移只发生在其 液态情况下，所以该过程被称作激光熔化切割。

　　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。

　　——最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。

　　——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。

　　激光火焰切割与激光熔化切割的不同之处在于使用 氧气作为切割气体。借助于氧气和加热后的金属之间的 相互作用，产生化学反应使材料进一步加热。由于此效 应，对于相同厚度的结构钢，采用该方法可得到的切割 速率比熔化切割要高。

　　另一方面，该方法和熔化切割相比可能切口质量 更差。实际上它会生成更宽的割缝、明显的粗糙度、 增加的热影响区和更差的边缘质量。

　　——激光火焰切割在加工精密模型和尖角时是不好的 （有烧掉尖角的危险）。可以使用脉冲模式的激光来 限制热影响。

　　——所用的激光功率决定切割速度。在激光功率一定的情况 下，限制因数就是氧气的供应和材料的热传导率。

　　在激光气化切割过程中，材料在割缝处发生气化， 此情况下需要非常高的激光功率。

　　为了防止材料蒸气冷凝到割缝壁上，材料的厚度一 定不要大大超过激光光束的直径。该加工因而只适合于 应用在必须避免有熔化材料排除的情况下。该加工实际 上只用于铁基合金很小的使用领域。

　　——所需激光功率密度要大于108W/cm2，并且取决于材 料、切割深度和光束焦点位置。

　　——在板材厚度一定的情况下，假设有足够的激光功率， 最大切割速度受到气体射流速度的限制。

　　(2) 激光能聚焦成极小的光斑，可进行微细和精密加工 ，如微细窄缝和微型孔的加工。

　　(5) 无需加工工具和特殊环境，便于自动控制连续加工， 加工效率高，加工变形和热变形小。

　　激光切割的几项关键技术是光、机、电一体化的综 合技术。激光束的参数、机器与数控系统的性能和精度 直接影响切割的效率和质量。

　　焦点位置控制技术：激光切割的优点之一是光束的能量 密度高，一般10W/cm2 ,一般大功率CO2 激光切割工业应

　　用中广泛采用（127-190mm）的焦距。实际焦点光斑直径 在0.1-0.4mm之间。

　　激光穿孔技术 :任何一种热切割技术，除少数情况可以从板 边缘开始外，一般都需在板上穿一小孔。激光切割机有2种 穿孔的基本方法：爆破穿孔法和脉冲穿孔法。

　　喷嘴设计及气流控制技术：目前激光切割用 喷嘴采用简单的结构，即一锥形孔带端部小 圆孔，通常用实验和误差的方法进行设计。

　　激光切割是熔化与汽化相结合的过程，影响其切割质量的 因素很多，除了机床、加工材料等硬件因素之外，其他 软件因素也对其加工质量有很大的影响。根据实际切割 中出现的问题，结合激光切割本身的特点，研究这些软 件因素对加工质量的影响正是计算机辅助工艺设计的基 本内容，具体包括以下几点：

　　该过程发生的区域是切割之前。作用在该切割之前的激光必 须加热工件到把材料熔化和气化所需的温度。

　　一步加热，达到接近沸点的温度。产生的气化把材料移走 。同时，借助于加工气体，液化材料从工件下部排出。

　　——在激光熔化切割中，液化材料随气体排出，该气体也保护割 缝以防氧化。连续的熔化区沿着切割方向逐渐滑移。因而得到一 条连续割缝。

　　在工件上进行切割活动的结果可能是整洁的切口，或者相反 ，边缘粗糙或过烧。

　　合金成份在一定程度上影响着材料的强度、比重、可焊 接性、抗氧化能力和酸性。铁合金材料中的一些重要元 素有：碳、铬、镍、镁和锌。

　　碳含量越高，材料越难切（临界值认为是含碳0.8％ ）。以下型号碳钢用激光切割效果是很好的：Q235 ，StW 22（低硅低碳铝镇静钢），

　　——表面质量、表面粗糙度 如果表面有生锈区域或氧化层，那么切割的轮廓将不规则并出现许多破损

　　有分层材料涂层的板材非常适合激光切割。为了使电容式探测无故障工 作，让分层涂层得到最优粘合，（避免产生浮泡），分层边必须总是在 切割工件的上部。

　　光束在工件表面如何反射取决于基本材料、表面粗糙度和处 理。一些铝合金、铜、黄铜和不锈钢板材具有高反射率的 特点。

　　比如，对于铬镍合金钢，所需的功率要小于结构钢的，对加 工产生的热的吸收也更少。

　　另一方面，比如铜、铝和黄铜这些材料散失掉一大部分通过 吸收激光产生的热。因为热从光束目标点处传导开了，所以 热影响区的材料更难熔化了。

　　该材料用氧气切割时会得到较好的结果。使 用CW模式激光。当加工非常小的曲线控制系 统改变进给速率时，它通过调节使激光功率 和轴进给速率相适应。

　　当用氧气作为加工气体时，切割边缘会轻微 氧化。对于厚度达4mm的板材，可以用氮气 作为加工气体进行高压切割。这种情况下， 切割边缘不会被氧化。

　　复杂轮廓和小孔（直径小于材料厚度）应该 用脉冲模式切割。这样可以避免切掉尖角。

　　——板材表面的余热对切割结果有负面影响。 ——厚度在10mm以上的板材，对激光器使用特殊极板并且在加 工中给工件表面涂油可以得到较好的效果。油膜减少熔渣粘到表 面并极大地帮助切割。油膜不影响切割活动的效果。

　　——为了消除张力，只切割经二次处理过的钢板。沸腾条件下 熔化钢铁中的不纯成份实际上对切割结果有很大影响。

　　——为了切割表面洁净的结构钢，须遵循以下提示： ·Si≤0.04％：首选，激光加工很好 ·Si 0.25％：某些情况下会得到稍微差点的切口

　　·Si 0.25％：不适合激光切割，可能会得到更差的或不一致的 结果。

　　注意：对于达到St52的钢铁，按照DIN标准的容许量为 Si≤0.55％。该指标对于激光加工来说太不精确了。

　　切割不锈钢需要： ——使用氧气，在边缘氧化不要紧的情况下。 ——使用氮气以得到无氧化无毛刺的边缘，就不需要再 作处理了。

　　——用可能得到的高激光功率，同时采用高压氮气， 比用氧气可能会得到相当的或更高的切割速度。 ——为了用氮气切4mm以上的不锈钢，并且无毛刺， 调节焦点位置是必要的。重新设焦点位置并降低速度， 就可能得到洁净的切口，当然无法避免小毛刺。

　　——在板材表面涂层油膜会得到更好的穿孔效果， 而不降低加工质量。 对于不锈钢，请选择：

　　——氧气切割：对于5mm以上的厚板材，降低进给速度， 激光采用脉冲模式。

　　铝及其合金更适宜用连续模式切割。尽管有高反射率和 热传导性，厚度6mm以下的铝材可以切割，这取决于 合金类型和激光器能力。

　　——用氮气时，切割表面平滑。当加工3mm以下的板材 时，通过最优调整后可以得到事实上无毛刺的切口。对于 更厚的板材，会产生难以去除的毛刺。

　　建议：只有在系统上安装有“反射吸收”装置的时候才能切 割铝材。否则反射会毁坏光学组件。

　　1、连续切割也称为CW（Continuous Wave ）切割法。连续切割法是使振荡输出连续地 发生从而进行切割的方法。在切割低碳钢时 ，是切割速度最高的方法。

　　2、脉冲切割法是使振荡输出间断地发生从而 进行切割的方法。脉冲切割法，通过将投入 材料的热量降到最低限，能够进行切割质量 以及尺寸精度良好的加工。进行脉冲切割时 ，要设定脉冲频率和脉冲占空比。所谓脉冲 频率，是指在1秒钟内使激光光束ON、OFF 几次，用Hz（赫兹）表示。所谓脉冲占空比 ，是指每1脉冲（1回输出的ON和OFF）的激 光光束震荡时间的比率，用%（百分比）表 示。

　　3、简单点说，连续切割是优势在于速度。但 切割质量不太好。（由于对被切割材料连续 的热量输入变成过度的热量输入，影响切割 质量、尺寸精度） 而脉冲切割切割质量好。

　　但速度上要比连续切割慢。（打个比方，用 4000的发生器，CW切割12mm的低碳钢速度 1800mm/min,但脉冲只有1000mm/min.越是 薄的板这个差距越大。一般如果钢板的厚度 超过16mm,CW切割就不太适用了） 选择切 割方式的操作，一般是做程序时会选择，也 可以在机器上面改变机器的参数来选择。

　　一般如果钢板的厚度超过16mm,CW切割就不太适用了） 选择切割方式的操作，一般是做程序时会选择，也可以在机器上面改变机器的参

　　如果加工质量恶化了，就检查看存在机器上的标准参数相对优化的参数是否已经有了实质性的改变。

　　加当工用气 氧体气消作气耗为取加压决工于气和喷体嘴时喷直，径切和割嘴气边压缘几。会轻何微氧结化。构决定了边缘粗糙度和毛刺的生成。

　　加工气体消耗取决于喷嘴直径和气压。 对这些活动的分析可以得到激光切割的重要信息。

　　——所需激光功率密度要大于108W/cm2，并且取决于材料、切割深度和光束焦点位置。

　　关于加工气体的更多信息在“维修保养手册——气体控 （9）机器自重:约12,000kg

　　随着电子技术的发展，许多激光加工系统已采用计算机来控制工作台的移动，实现激光加工的连续工作。

　　制”章节里。 在有锈蚀、表面油漆、脏、表面不平整等情况下， 材料需进行处理后，才可以激光切割机上切割。

　　——切割气压在5bar以下为低压，达20bar为高压。 由于此原因，起切穿孔的位置通常选在轮廓外边。

　　优点：快速穿孔。 缺点：产生穿孔坑。 脉冲模式穿孔 优点：小的穿孔洞。 缺点：耗时

　　穿孔通常用CW模式。该类型穿孔更快，但它产生一个 比用脉冲穿孔更大的孔。由于此原因，起切穿孔的位置通常 选在轮廓外边。穿孔和实际轮廓之间的切割长度称作起切部 分。

　　激光光束焦点在起切部分末端和轮廓之间的可能变化 ，通过工件上切口边缘的不平，是可以辨别出来的。用户 必须尽可能地把起切部分设在几何单元一侧的理想伸展线 上。

　　在小表面内轮廓情况下，让穿孔过程中产生的热在 开始切割之前散发掉非常重要。避免把穿孔设在狭窄的 区域，而设成相对轮廓成大角度。这有利于热散发。

　　在可能的地方，避免无半径的拐角。有半径拐角与无半径 的相比有以下优点： ——轴移动的动态性能更好 ——热影响区减少 ——毛刺的产生更少

　　R边缘＝切口宽度的一半 有了这种光束，仍然可以产生无半径的拐角，而现在 ，轴动态地移动：

　　——1到6mm厚的板材 ——切割速率大约比CW模式低60％ ——1到6mm厚的板材更适合脉冲切割 ——另一方面，8到12mm的板材用脉冲模式 更难加工 ——不要用脉冲模式切割内部工件

　　5.3 无氧化切割木材和铝 孔的起切 起切的长度取决于板材厚度和孔的直径。

　　实际焦点光斑直径在0. 不要在未加防护的激光束附近放置纸张、布或其他易燃物。 用锌处理过的板材易于在边缘出现挂渣。 （2）在切割过程中，只有光束（割炬）移动，工作台不移动。 有了这种光束，仍然可以产生无半径的拐角，而现在，轴动态地移动： 因而得到一条连续割缝。 如果表面有生锈区域或氧化层，那么切割的轮廓将不规则并出现许多破损点。 如果加工质量恶化了，就检查看存在机器上的标准参数相对优化的参数是否已经有了实质性的改变。 （3000X1500X20mm） ——最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。 随着电子技术的发展，许多激光加工系统已采用计算机来控制工作台的移动，实现激光加工的连续工作。 一般来说，组成材料的颗粒越细，切割边缘的质量越好。 该加工实际上只用于铁基合金很小的使用领域。 （3000X1500X20mm） 该过程发生的区域是切割之前。 这种情况下，切割边缘不会被氧化。

　　为了达到最佳加工质量，请遵守以下指示： ——精密调整机床 ——按照维护计划进行维护 ——遵照上述要求加工 ——工件表面无铁锈或氧化皮（酸洗过的或平 滑的） ——参数与材料和板材规格匹配 ——预设互相关联的参数

　　当注意到加工质量降低时，检查以下因数： 参数 加工头 光束路径 激光器 参数 不要修改机床购买时设置的标准参数。 为优化过的参数创建一个新的目录。 如果加工质量恶化了，就检查看存在机器上 的标准参数相对优化的参数是否已经有了实 质性的改变。

　　材料表面质量会严重影响激光切割质量，原材料必 须做好防锈、防脏防护。在有锈蚀、表面油漆、脏 、表面不平整等情况下， 材料需进行处理后，才可 以激光切割机上切割。

　　操作员遵守下列原则，可以获得最佳的切割质量： 根据材料厚度、材质使用标准的切割参数，当切割 质量下降时，参照标准切割参数进行调整。调整的 主要参数有激光功率、气体压力、焦点位置、切割 速度。操作员不要改写随机的标准参数文件，但应 建立自己的参数文件和参数文件目录，不断总结经 验。

　　通常用连续模式穿孔，速度快，但是比脉冲穿孔大。 如果切割工件和剩余料都要利用时，可在图形轮廓上 脉冲穿孔。激光工作模式有连续模式、脉冲模式、调 制模式。连续模式应用于正常切割；脉冲模式应用于 加工小于材料厚度的小孔及穿孔；调制模式应用于切 割小尖角，避免尖角部位不会过烧。

　　下小料时切割前穿孔后的散热非常重要，避免让切入 线和工件狭小部位相连，要和图形有足够的夹角，会 利于散热。

　　激光切割机最大切割板材的尺寸为3000*1500。 激光切割机最大切割能力为碳钢20mm；不锈钢12mm；

　　切割6mm以上的厚板，表面应涂油或喷油切割。油膜 可避免穿孔时材料飞溅，利于切割。

　　各种气体的输出压力应保证在下列范围内;激光气体均 大于等于5bar,;切割气体中,氧气的输出压力应小于等于 15bar,氮气的输出压力应小于等于30bar。 更换气体 时，应严格按照《激光切割机操作规程》中的步骤进行 ，不可将气体混合使用。 定期观察激光发生器变频空

　　切割铝板时，禁止使用O2切割；切割8mm及8mm以上的 碳钢板时，只允许用O2切割，8mm以下碳钢板可用O2或 N2切割。切割12mm的不锈钢板时，只允许用N2切割， 12mm以下不锈钢板可用O2或N2切割。

　　选用切割用喷嘴，须选用与标准参数一致或仅大一 号的喷嘴。 欲切割木板、有机玻璃及陶瓷等非金 属材料，需与百超公司商榷有关工艺。

　　1．遵守一般切割机安全操作规程。严格按照激光器启动 程序启动激光器。 2．操作者须经过培训，熟悉设备结构、性能，掌握操作 系统有关知识。 3．按规定穿戴好劳动防护用品，在激光束附近必须佩带 符合规定的防护眼镜。 4．在未弄清某一材料是否能用激光照射或加热前，不要 对其加工，以免产生烟雾和蒸气的潜在危险。 5．设备开动时操作人员不得擅自离开岗位或托人待管， 如的确需要离开时应停机或切断电源开关。

　　6．要将灭火器放在随手可及的地方；不加工时要关掉激光 器或光闸；不要在未加防护的激光束附近放置纸张、布或其 他易燃物。 7．在加工过程中发现异常时，应立即停机，及时排除故障 或上报主管人员。 8．保持激光器、床身及周围场地整洁、有序、无油污，工 件、板材、废料按规定堆放。 9．使用气瓶时，应避免压坏焊接电线，以免漏电事故发生 。气瓶的使用、运输应遵守气瓶监察规程。禁止气瓶在阳光 下爆晒或靠近热源。开启瓶阀时，操作者必须站在瓶嘴侧面 。 10．维修时要遵守高压安全规程。每运转40小时或每周维 护、每运转1000小时或每六个月维护时，要按照规定和程 序进行。

　　11．开机后应手动低速X、Y方向开动机床，检查确认有 无异常情况。 12．对新的工件程序输入后，应先试运行，并检查其运行 情况。 13．工作时，注意观察机床运行情况，以免切割机走出有 效行程范围或两台发生碰撞造成事故。