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    65mn鋼板激光切割技術及工藝分析

      激光切割技術廣泛應用于65mn鋼板和非鋼板材料的加工,可以大大減少加工時間,降低加工成本,提高工件質量。現代激光已經成為人們幻想和追求的“利劍”。整個系統由控制系統、運動系統、光學系統、水冷系統、排煙送風保護系統等組成。采用最先進的數控方式,實現激光多軸聯動等能量切割,不受速度影響,同時支持DXP、PLT、CNC等圖形格式,加強界面圖形渲染處理能力;采用性能優越的進口伺服電機和傳動導向結構,實現高速下良好的運動精度。

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      激光切割是利用激光聚焦產生的高功率密度能量實現的。在計算機的控制下,激光通過脈沖放電,輸出受控的重復高頻脈沖激光,形成一定頻率和脈沖寬度的光束。脈沖激光束經光路透射和反射,通過聚焦透鏡組聚焦在被加工物體表面,形成細小的高能量密度光斑,該光斑位于被加工表面附近,使被加工材料在高溫下瞬間熔化或氣化。每一個高能激光脈沖都會在瞬間在物體表面濺射出一個小洞。在計算機的控制下,激光加工頭和被加工材料根據預先繪制的圖形進行連續的相對運動和打點,從而將物體加工成所需的形狀。切割時,從切割頭噴出一股與光束同軸的氣流,熔化或汽化的材料從切口底部吹出(注:如果吹出的氣體與被切割材料發生熱效應反應,這種反應會為切割提供額外的能量;氣流還冷卻切割表面,降低熱影響區,并確保聚焦鏡不受污染)。與傳統的65mn鋼板加工方法相比,激光切割具有切割質量高(切口寬度窄,熱影響區,切口小且光滑)、切割速度快、靈活性高(可任意切割任意形狀)、材料適應性廣等優點。

      主要流程如下:

      1.汽化切割。

      在高功率密度激光束的加熱下,材料表面溫度上升到沸點溫度的速度如此之快,以至于可以避免因熱傳導而熔化,于是一部分材料蒸發成蒸汽消失,一部分材料被輔助氣流以射流的形式從狹縫底部吹走。一些不可熔化的材料,如木材、碳材料和一些塑料,通過這種汽化切割方法被切割和形成。

      在汽化切割過程中,蒸汽帶走熔化的顆粒和與之一起被沖走的碎屑,形成孔洞。在汽化過程中,大約40%的物質消失在蒸汽中,而60%的物質以液滴的形式被氣流驅走。

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      2.融化切割。

      當入射激光束的功率密度超過一定值時,激光束照射點的材料內部開始蒸發,形成孔洞。一旦這個小孔形成,它將作為黑體吸收所有入射光束能量。小孔被熔融的65mn鋼板的壁包圍,然后孔周圍的熔融材料被與光束同軸的輔助氣流帶走。隨著工件的移動,小孔在切割方向上同步移動以形成切割縫。激光束繼續沿著接縫的前邊緣照射,熔融材料被連續地或脈動地從接縫吹走。

      3.氧化、熔化、切割。

      熔化切割一般用惰性氣體。如果用氧氣或其他活性氣體代替,材料會在激光束的照射下被點燃,與氧氣反應產生另一種熱源,稱為氧化熔化切割。具體描述如下:

      (1)材料表面在激光束的照射下迅速加熱到點火溫度,然后與氧氣發生激烈的燃燒反應,放出大量的熱量。在這種熱量的作用下,在材料中形成了一個充滿蒸汽的小孔,小孔的外圍被熔化的65mn鋼板墻所包圍。

      (2)燃燒物質向爐渣的轉移控制著氧氣和65mn鋼板的燃燒速度,氧氣通過爐渣擴散到達點火前沿的速度對燃燒速度也有很大影響。氧氣流量越高,燃燒化學反應和除渣越快。當然,氧氣流速越高越好,因為流速過高會導致狹縫出口處的反應產物即65mn鋼板的氧化物快速冷卻,也不利于切割質量。

      (3)顯然,氧化熔化切割過程中有兩個熱源,即激光照射能和氧氣與65mn鋼板發生化學反應產生的熱能。據估計,切割鋼材時,氧化反應釋放的熱量約占切割所需總能量的60%。

      顯然,與惰性氣體相比,使用氧氣作為輔助氣體可以獲得更高的切割速度。

      (4)在雙熱源氧化熔化切割過程中,如果氧氣的燃燒速度高于激光束的移動速度,則狹縫顯得較寬且粗糙。如果激光束的移動速度比氧氣的燃燒速度快,狹縫就窄而平滑。

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      4.控制斷裂切割。

      對于易受熱損傷的脆性材料,采用激光束加熱進行高速可控切割,稱為可控斷裂切割。這種切割工藝的主要內容是激光束加熱脆性材料的小區域,在該區域產生較大的熱梯度和嚴重的機械變形,導致材料產生裂紋。只要保持均勻的加熱梯度,激光束就可以在任何期望的方向上引導裂紋。

      需要注意的是,這種可控斷裂切割不適合切割銳角和轉角切口。切割超大閉合形狀不易成功。快速控制斷裂切削速度,不需要太高的功率,否則會造成工件表面熔化,破壞狹縫邊緣。主要控制參數是激光功率和光斑尺寸。

      總結:

      激光切割機是激光加工65mn鋼板行業最重要的應用技術,占激光加工行業的70%以上。可見,激光切割機技術將會給鈑金加工技術帶來一場革命。與其他切割方法相比,激光切割最大的區別是切割速度快、精度高、適應性強。激光可以切割碳鋼、不銹鋼、鋁、銅、木材、有機玻璃、陶瓷、橡膠、塑料、應時玻璃等65mn鋼板和非65mn鋼板。激光切割機還具有切割縫細、熱影響區小、切割表面質量好、切割時無噪音、切割時易于自動化控制等優點。

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