激光切割技术

关于激光切割技术第一页，共二十八页，2022年，8月28日激光的发展史“受激1917年爱因斯坦提出辐射”的概念，奠定了激光的理论基础。1958年美国科学家肖洛和汤斯发现了一种奇怪的现象，当他们将闪光灯泡嗦发射的光照在一种稀土的晶体上时，晶体的分子会发出鲜艳的，始终会聚在一起的强光，由此他们提出了“激光原理”，受第二页，共二十八页，2022年，8月28日激辐射可以得到一种单色性、亮度有很高的新型光源。1958年，贝尔实验的肖洛和汤斯发表了关于激光器的经典理论，奠定了激光发展的基础。第三页，共二十八页，2022年，8月28日1960年7月8日，美国人梅曼发明了世界上第一台红宝石激光器，梅曼利用红宝石作发光材料，用发光度很高的脉冲氙灯作发光源，获得了人类有史以来的第一束激光，从而人们获得了性质和电磁波相似而频率稳定的光源，研究现代化光通信时代也从此开始了，激光的英文简称是“LASER”,意思是“受激发射的光放大”。1965年第一台可产生的大功率激光器——二氧化碳激光器诞生。1967年第一台X射线激光器研制成功。1997年，美国麻省理工研究人员研制成功了原子激光器。第四页，共二十八页，2022年，8月28日5中国第一台激光器（1961）第五页，共二十八页，2022年，8月28日什么是激光切割技术？定义：利用聚焦后的激光束作为主要热源的热切割方法。应用学科：机械工程（一级学科）；切削加工工艺与设备（二级学科）；特种加工工艺（三级学科）第六页，共二十八页，2022年，8月28日激光的特点激光主要有四大特点a:激光底高亮度，激光器的亮度更高可高达1011W/cm2Sr。不仅如此，具有高亮度的光速经透镜聚集后，能在焦点产生数千度乃至上万度的高温，这就使其可能可加工几乎所有的材料。b:激光的高方向性，能在有效的传递很长的距离的同时，还没，还能保证聚焦得到极高的功率密度，第七页，共二十八页，2022年，8月28日这两点都是激光加工的重要条件。c:激光的高单色性，由于激光的单色性较高，从而能保证光束能精确的聚焦在焦点上，得到很高的功率密度。d:激光的高相干性，相干性主要描述光波各个部分的相位关系，正是激光具有如上所述的奇异特性，因此在工业加工得到了广泛的应用。第八页，共二十八页，2022年，8月28日基本原理该技术采用激光束照射到钢板表面时释放的能量来使不锈钢熔化并蒸发。激光源一般用二氧化碳激光束，工作功率为500～2500瓦。该功率的水平比许多家用电暖气所需要的功率还低，但是，通过透镜和反射镜，激光束聚集在很小的区域。能量的高度集中能够进行迅速局部加热，使不锈钢蒸发。此外，由于能量非常集中，所以，仅有少量热传到钢材的其它部分，所造成的变形很小或没有变形。利用激光可以非常准确地切割复杂形状的坯料，所切割的坯料不必再作进一步的处理。第九页，共二十八页，2022年，8月28日简介利用激光切割设备可切割4mm以下的不锈钢，在激光束中加氧气可切割20mm厚的碳钢，但加氧切割后会在切割面形成薄薄的氧化膜。切割的最大厚度可增加到20mm，但切割部件的尺寸误差较大。第十页，共二十八页，2022年，8月28日激光切割技术优点切割质量好

切口宽度窄（一般为0.1--0.5m激光切割工程m、精度高（一般孔中心距误差，轮廓尺寸误差）、切口表面粗糙度好（一般Ra为12.5--25μm），切缝一般不需要再加工即可焊接。切割速度快

例如采用2KW激光功率，8mm厚的碳钢切割速度为1.6m/min；2mm厚的不锈钢切割速度为3.5m/min，热影响区小，变形极小。清洁、安全、无污染大大改善了操作人员的工作环境。当然就精度和切口表面粗糙度而言，CO2激光切割不可能超过电加工；就切割厚度而言难以达到火焰和等离子切割的水平。但是就以上显著的优点足以证明：CO2激光切割已经和正在取代一部分传统的切割工艺方法，特别是各种非金属材料的切割。它是发展迅速，应用日益广泛的一种先进加工激光切割工程图方法。第十一页，共二十八页，2022年，8月28日

激光切割的工业应用切割系统）为3325台，共11.74亿美元。据不完全统计中国目前每年生产CO2激光切割机近100台，共1.5亿元人民币。虽然激光切割的发展趋势较快，但应用水平与发达国家相比差距较大。至2003年中国已在工业生产中使用的CO2激光切割系统累计已达500台左右，约占全世界正运行系统总量的1.5%概况世界第一台CO2激光切割机是二十世纪七十年代的诞生的。三十多年来，由于应用领域的不断扩大，CO2激光切割机不断改进，目前国际国内已有多家企业从事生产各种CO2激光切割机以满足市场的需求，有二维平板切割机、三维空间曲线切割机、管子切割机等。国外知名企业有德国Trumpf公司、意大利Prima公司、瑞士Bystronic公司、日本Amada公司、MAZAK公司、NTC公司、澳大利亚HGLaserLab公司等。目前国内能提供平板切割机的企业有上海团结普瑞玛公司、沈阳普瑞玛公司、济南捷迈公司、武汉楚天公司等。根据美国激光工业应用权威杂志“IndustrialLaserSolution”2000年度报告统计：1999年全世界共销售的激光切割系统（主要是CO2激光第十二页，共二十八页，2022年，8月28日

激光切割系统的购置单位：一类是大中型制造企业，这些企业生产的产品中有大量板材需要下料、切料，并且具有较强的经济和技术实力；另一类单位是加工站（国外称JobShop）,加工站是专门对外承接激光加工业务的，自身无主导产品。它的存在一方面可满足一些中小企业加工的需要；一方面在初期对推广应用激光切割技术起到宣传示范的作用。1999年美国全国共有激光加工站2700家，其中51%从事激光切割工作八十年代中国激光加工站主要从事激光热处理工作，九十年代后，激光切割及攻站逐步增加。在此基础上随着中国大中型企业体制改革的深入和经济实力的增强，越来越多的企业将采用CO2激光切割技术。从目前国内应用情况分析，CO2激光切割广泛应用于12mm厚的低碳钢板；6mm厚的不锈钢板及；20mm厚的非金属材料。对于三维空间曲线的切割，在汽车、航空工业中也开始获得了应用。第十三页，共二十八页，2022年，8月28日第十四页，共二十八页，2022年，8月28日

激光切割的产品的分类第一类从技术经济角度不宜制造模具的金属钣金件，特别是轮廓形状复杂，批量不大，一般厚度；12mm的低碳钢、；6mm厚的不锈钢，以节省制造模具的成本与周期。已采用的典型产品有：自动电梯结构件、升降电梯面板、机床及粮食机械外罩、各种电气柜、开关柜、纺织机械零件、工程机械结构件、大电机硅钢片等。第二类装饰、广告、服务行业用的不锈钢（一般厚度3mm）或非金属材料（一般厚度20mm）的图案、标记、字体等。如艺术照相册的图案，公司、单位、宾馆、商场的标记，车站、码头、公共场所的中英文字体。第十五页，共二十八页，2022年，8月28日第三类要求均匀切缝的特殊零件。最广泛应用的典型零件是包装印刷行业用的模切版，它要求在20mm厚的木模板上切出缝宽为0.7~0.8mm的槽，然后在槽中镶嵌刀片。使用时装在模切机上，切下各种已印刷好图形的包装盒。国内近年来应用的一个新领域是石油筛缝管。为了挡住泥沙进入抽油泵，在壁厚为6~9mm的合金钢管上切出0.3mm宽的均匀切缝，起割穿孔处小孔直径不能0.3mm，切割技术难度大，已有不少单位投入生产。第十六页，共二十八页，2022年，8月28日国外除上述应用外，还在不断扩展其应用领域。（1）采用三维激光切割系统或配置工业机器人，切割空间曲线，开发各种三维切割软件，以加快从画图到切割零件的过程。（2）为了提高生产效率，研究开发各种专用切割系统，材料输送系统，直线电机驱动系统等，目前切割系统的切割速度已超过100m/min。（3）为扩展工程机械、造船工业等的应用，切割低碳钢厚度已超过30mm，并特别注意研究用氮气切割低碳钢的工艺技术，以提高切割厚板的切口质量。因此在中国扩大CO2激光切割的工业应用领域,解决新的应用中一些技术难题仍然是工程技术人员的重要课题。第十七页，共二十八页，2022年，8月28日各类激光切割机第十八页，共二十八页，2022年，8月28日激光设备第十九页，共二十八页，2022年，8月28日切割布料第二十页，共二十八页，2022年，8月28日激光的应用目前激光已经广泛应用激光焊接、激光打孔、激光切割、激光淬火、激光热处理、激光熔覆、激光表面改性、激光打标、玻璃内雕、激光微调、激光制膜、激光薄膜加工、激光光刻、激光封装、激光修复电路、激光布线技术、激光清洗等。

第二十一页，共二十八页，2022年，8月28日22激光全息防伪人民币（建国50周年纪念币）第二十二页，共二十八页，2022年，8月28日23激光内雕技术——将脉冲强激光在透明体内部聚焦，产生微米量级大小的汽化