雷射切割工藝

雷射切割工藝採用雷射束照射到鋼板表面時釋放的能量來使不鏽鋼熔化並蒸發。雷射源一般用二氧化碳雷射束，工作功率為500～2500瓦。該功率的水平比許多家用電暖氣所需要的功率還低，但是，通過透鏡和反射鏡，雷射束聚集在很小的區域。能量的高度集中能夠進行迅速局部加熱，使不鏽鋼蒸發。此外，由於能量非常集中，所以，僅有少量熱傳到鋼材的其它部分，所造成的變形很小或沒有變形，利用雷射可以非常準確的切割複雜形狀的坯料，所切割的坯料不必再作進一步的處理。

基本介紹

• 中文名：雷射切割工藝
• 外文名：laser cutting process（parameters）
• 雷射源：二氧化碳雷射束
• 工作功率：500至2500瓦
• 切割工藝：汽化切割、熔化切割、氧化熔化切割、控制斷裂切割

分類

雷射切割工藝分為：

1. 汽化切割：

在高功率密度雷射束的加熱下，材料表面溫度升至沸點溫度的速度很快，足以避免熱傳導造成的熔化，於是部分材料汽化成蒸汽消失，部分材料作為噴出物從切縫底部被輔助氣體流吹走。

2. 熔化切割 ：

當入射的雷射束功率密度超過某一值後，光束照射點處材料內部開始蒸發，形成孔洞。一旦這種小孔形成，它將作為黑體吸收所有的入射光束能量。小孔被熔化金屬壁所包圍，然後，與光束同軸的輔助氣流把孔洞周圍的熔融材料帶走。隨著工件移動，小孔按切割方向同步橫移形成一條切縫。雷射束繼續沿著這條縫的前沿照射，熔化材料持續或脈動地從縫內被吹走。

3. 氧化熔化切割 ：

熔化切割一般使用惰性氣體，如果代之以氧氣或其它活性氣體，材料在雷射束的照射下被點燃，與氧氣發生激烈的化學反應而產生另一熱源，稱為氧化熔化切割。具體描述如下：
（1）材料表面在雷射束的照射下很快被加熱到燃點溫度，隨之與氧氣發生激烈的燃燒反應，放出大量熱量。在此熱量作用下，材料內部形成充滿蒸汽的小孔，而小孔的周圍為熔融的金屬壁所包圍。
（2）燃燒物質轉移成熔渣控制氧和金屬的燃燒速度，同時氧氣擴散通過熔渣到達點火前沿的快慢也對燃燒速度有很大的影響。氧氣流速越高，燃燒化學反應和去除熔渣的速度也越快。當然，氧氣流速不是越高越好，因為流速過快會導致切縫出口處反應產物即金屬氧化物的快速冷卻，這對切割質量也是不利的。
（3）顯然，氧化熔化切割過程存在著兩個熱源，即雷射照射能和氧與金屬化學反應產生的熱能。據估計，切割鋼時，氧化反應放出的熱量要占到切割所需全部能量的60%左右。很明顯，與惰性氣體比較，使用氧作輔助氣體可獲得較高的切割速度。
（4）在擁有兩個熱源的氧化熔化切割過程中，如果氧的燃燒速度高於雷射束的移動速度，割縫顯得寬而粗糙。如果雷射束移動的速度比氧的燃燒速度快，則所得切縫狹而光滑。

4. 控制斷裂切割 ：

對於容易受熱破壞的脆性材料，通過雷射束加熱進行高速、可控的切斷，稱為控制斷裂切割。這種切割過程主要內容是：雷射束加熱脆性材料小塊區域，引起該區域大的熱梯度和嚴重的機械變形，導致材料形成裂縫。只要保持均衡的加熱梯度，雷射束可引導裂縫在任何需要的方向產生。

與傳統工藝對比

常見的傳統切割工藝有水切割、電火花加工、氣燃體切割、等離子切割、模沖切割、鋸切割、線切割、雷射切割等。

此表為雷射切割工藝與傳統切割工藝的對比

切割工藝	雷射切割	氣燃體切割	等離子切割	模沖	鋸切	線切割	水切割	電火花加工
切縫	很小	很大	較大	較小	較大	較小	較大	很小
變形	很小	嚴重	較大	較大	較小	很小	小	很小
精度	高	低	低	低	低	高	高	高
圖形變更	很容易	較容易	較容易	難	難	容易	容易	容易
速度	較高	低	較高	高	很慢	很慢	較高	很慢
費用	較低	較低	較低	低	較低	較高	很高	很高

由上表可見，雷射加工在整體上存在這明顯的優勢！不論是從精度、速度、還是費用上雷射加工的優勢都很明顯。而且在圖形變更上也比其他的加工方法容易的很多。由此看來雷射加工是現代工業生產上不可缺少的必備加工手法。