激光切割技术的原理及应用

激光切割技术的原理及应用激光切割技术的原理及应用 11.激光切割技术介绍 31.1激光切割技术概述 41.2激光切割技术的原理 51.3激光切割技术的发展历史 62.激光切割的特点 82.1激光切割的总体特点 82.2CO2激光切割技术的特点 101.切割质量好 10切口宽度窄（普通为0.1--0.5mm）、精度高（普通孔中心距误差0.1--0.4mm，轮廓尺寸误差0.1--0.5mm）、切口表面粗糙度好（普通Ra为12.5--25μm），切缝普通不需要再加工即可焊接。 102.切割速度快 103.清洁、安全、无污染 102.3半导体激光切割机 102.4光纤激光切割机 123.激光切割技术的应用及发展前景 143.1激光切割技术的市场现状 143.2激光切割技术的应用 16结论 181.1激光切割技术概述 21.2激光切割技术的原理 41.3激光切割技术的发展历史 52.激光切割的特点 62.1激光切割的总体特点 62.2CO2激光切割技术的特点 72.3半导体激光切割机 82.4光纤激光切割机 83.激光切割技术的应用及发展前景 103.1激光切割技术的市场现状 103.2激光切割技术的应用 12结论 13激光切割技术的原理及应用材料12A文修曜摘要激光加工技术是一种先进制造技术，而激光切割是激光加工应用领域的一部分，激光切割是现在世界上先进的切割工艺。由于它含有精密制造、柔性切割、异型加工、一次成形、速度快、效率高等优点，因此在工业生产中解决了许多常规办法无法解决的难题。激光能切割大多数金属材料和非金属材料。AbstractThelaserprocessingtechnologyisakindofadvancedmanufacturingtechnology,andlasercuttingispartofthelaserprocessingapplications,lasercuttingisthecurrentadvancedcuttingtechnologyintheworld.Becauseithasflexiblecutting,stoneprocessing,precisionmanufacturing,aforming,fastspeed,higherefficiency,soinindustrialproductionsolvedmanyconventionalmethodscannotsolvetheproblem.Canlasercuttingmostofthemetalmaterialsandnonmetalmaterials.核心词：激光切割的原理；激光切割的分类及特点；激光切割技术的应用激光切割技术介绍1.1激光切割技术概述激光切割是激光加工行业中最重要的一项应用技术。它占整个激光加工业的70%以上。激光切割与其它切割办法相比，最大区别是它含有高速、高精度及高适应性的特点。同时还含有割缝细、热影响区小、切割面质量好、切割时无噪声、切割过程容易实现自动化控制等优点。激光切割板材时，不需要模具，能够替代某些需要采用复杂大型模具的冲切加工办法，能大大缩短生产周期和减少成本。因此，现在激光切割已广泛地应用于汽车、机车车辆制造、航空、化工、轻工、电器与电子、石油和冶金等工业部门中。激光切割重要是CO2激光切割,激光切割是用聚焦镜将CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化,并使CO2激光束与材料沿一定轨迹作相对运动,从而形成一定状的切缝。激光切割是用聚焦镜将CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化，同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料，并使激光束与材料沿一定轨迹作相对运动，从而形成一定形状的切缝。激光切割技术广泛应用于金属和非金属材料的加工中，可大大减少加工时间，减少加工成本，提高工件质量。激光束聚焦成很小的光点其最小直径可不大于0.1mm，使焦点处达成很高的功率密度可超出106W／cm2)。这时光束输入（由光能转换）的热量远远超出被材料反射、传导或扩散部分，材料很快加热至汽化湿度，蒸发形成孔洞。随着光束与材料相对线性移动，使孔洞持续形成宽度很窄（如0.1mm左右）的切缝。切边热影响很小，基本没有工件变形。切割过程中还添加与被切材料相适合的辅助气体。钢切割时得用氧作为辅助气体与溶融金属产生放热化学反映氧化材料，同时协助吹走割缝内的熔渣。切割聚丙烯一类塑料使用压缩空气，棉、纸等易燃材料切割使用惰性气体。进入喷嘴的辅助气体还能冷却聚焦透镜，避免烟尘进入透镜座内污染镜片并造成镜片过热。大多数有机与无机都能够用激光切割。在工业制造占有分量很重的金属加工业，许多金属材料，不管它含有什么样的硬度，都可进形无变形切割。固然，对高反射率材料，如金、银、铜和铝合金，它们也是好的传热导体，因此激光切割很困难，甚至不能切割。激光切割无毛刺，皱折、精度高，优于等离子切割。对许多机电制造行业来说，由于微机程序的当代化激光切割系统能方便切割不同形状与尺寸的工件，它往往比冲切、模压工艺更被优先选用；尽管它加工速度慢于模冲，但它没有模具消耗，无需修理模具，还节省更换模具时间，从而节省加工费用，减少产品成本，因此从总体上讲在经济上更为合算。另首先，从如何使模具适应工件设计尺寸和形状变化角度看，激光切割也可发挥其精确、重现性好的优势。作为层叠模具的优先制造手段，由于不需要高级模具制作工，激光切割运转费用也并不昂贵，因此还能显着地减少模具制造费用。激光切割模具还带来的附加好处是模具切边会产生一种浅硬化层，提高模具运行中的耐磨性。激光切割的无接触特点给圆锯片切割成形带来无应力优势，由此提高了使用寿命。1.2激光切割技术的原理在激光束能量作用下（氧助切割机制下，还要加上喷氧气与达成燃点的金属发生放热反映放出的热量），材料表面被快速（ms范畴）加热到几千乃至上万度（℃）而熔化或汽化，随着汽化物逸出和熔融物体被辅助高压气体（氧气或氮气等惰性气体）吹走，切缝便产生了。脉冲激光合用于金属材料,持续激光合用于非金属材料,后者是激光切割技术的重要应用领域。激光切割是运用高功率密度的激光束扫描过材料表面，在极短时间内将材料加热到几千至上万摄氏度，使材料熔化或气化，再用高压气体将熔化或气化物质从切缝中吹走，达成切割材料的目的。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。激光源普通用二氧化碳激光束，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快速局部加热，使不锈钢蒸发。另外，由于能量非常集中，因此，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。运用激光能够非常精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解决。激光切割是用聚焦镜将CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化，同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料，并使激光束与材料沿一定轨迹作相对运动，从而形成一定形状的切缝。从二十世纪七十年代以来随着CO2激光器及数控技术的不停完善和发展，现在已成为工业上板材切割的一种先进的加工办法。在五、六十年代作为板材下料切割的重要办法中：对于中厚板采用氧乙炔火焰切割；对于薄板采用剪床下料，成形复杂零件大批量的采用冲压，单件的采用振动剪。七十年代后，为了改善和提高火焰切割的切口质量，又推广了氧乙烷精密火焰切割和等离子切割。为了减少大型冲压模具的制造周期，又发展了数控步冲与电加工技术。多个切割下料办法都有其有缺点，在工业生产中有一定的合用范畴。1.3激光切割技术的发展历史激光切割是激光加工行业中最量要的一项应用技术,由于含有诸多特点,已广泛地应用于汽车、机车车辆制造、航空、化工、轻工、电器与电子、石油和冶金等工业部门。近年来，激光切割技术发展很快，国际上每年都以20％～30％的速度增加。我国自1985年以来，更以每年25％以上的速度增加。由于我国激光工业基础较差，激光加工技术的应用尚不普遍，激光加工整体水平与先进国家相比仍有较大差距，相信随着激光加工技术的不停进步，这些障碍和局限性会得到解决。激光切割技术必将成为21世纪不可缺少的重要的钣金加工手段。激光切割加工广阔的应用市场，加上当代科学技术的迅猛发展，使得国内外科技工作者对激光切割加工技术进行不停探入的研究，推动着激光切割技术不停创新，激光切割技术的发展方向以下：(1)随着着激光器向大功率发展以及采用高性能的CNC及伺服系统,使用高功率的激光切割可获得高的加工速度,同时减小热影响区和热畸变;所能够切割的材料板厚也格进一步地提高，高功率激光能够通过使用Q开关或加载脉冲波，从而使低功率激光器产生出高功率激光。(2)根据激光切割工艺参数的影响状况，改善加工工艺，如：增加辅助气体对切割熔渣的吹力；加入造渣剂提高熔体的流动性；增加辅助能源，并改善能量之间的耦合；以及改用吸取率更高的激光切割。(3)激光切割将向高度自动化、智能化方向发展。将CAD/CAPP/CAM[4]以及人工智能运用于激光切割，研制出高度自动化的多功效激光加工系统。(4)根据加工速度自适应地控制激光功率和激光模式或建立工艺数据库和专家自适应控制系统使得激光切割整机性能普遍提高。以数据库为系统核心，面对通用化CAPP开发工具，对激光切割工艺设计所涉及的各类数据进行分析，建立相适应的数据库构造。(5)向多功效的激光加工中心发展，将激光切割、激光焊接以及热解决等各道工序后的质量反馈集成在一起，充足发挥激光加工的整体优势。(6)随着Internet和WEB技术的发展，建立基于WEB的网络数据库，采用含糊推理机制和人工神经网络来自动拟定激光切割工艺参数，并且能够远程异地访问和控别激光切割过程成了不可避免的趋势。(7)三维高精度大型数控激光切割机及其切割工艺技术，为了满足汽车和航空等工业的立体工件切割的需要，三维激光切割机正向高效率、高精度、多功效和高适应性方向民展，激光切割机器人的应用范畴将会愈来愈大。激光切割正向着激光切割单元FMC、无人化和自动化方向发展。2.激光切割的特点2.1激光切割的总体特点激光加工作为一种全新的加工办法，以其加工精确、快捷、操作简朴、自动化程度高等优点，在皮革、纺织服装行业内逐步得到广泛的应用。镭射激光切割机与传统的切割方式相比不仅价格低,消耗低.并且由于激光加工对工件没有机械压力,因此切割出来产品的效果,精度以及切割速度都非常良好.并且还含有操作安全,维修简朴等特点.可持续24小时工作。用镭射激光机切割出来的无尘布无纺布边不发黄,自动收边不散边,不变形，不会发硬,尺寸一致且精确；可切割任意复杂形状；效率高、成本低，电脑设计图形,可切割任意形状任多个大小的花边。开发速度快：由于激光和计算机技术的结合，顾客只要在计算机上设计，即可实现激光雕刻输出并且可随时变换雕刻,可边设计边出产品。激光切割是用聚焦镜将激光束聚焦在材料表面，使材料熔化,同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料,并使激光束与材料沿一定轨迹作相对运动,从而形成一定外形的切缝。1．精度高：定位精度0.05mm，重复定位精度0.02mm2．切缝窄：激光束聚焦成很小的光点，使焦点处达成很高的功率密度，材料很快加热至气化程度，蒸发形成孔洞。随着光束与材料相对线性移动，使孔洞持续形成宽度很窄的切缝。切口宽度普通为0.10～0.20mm。3．切割面光滑：切割面无毛刺，切口表面粗糙度普通控制在Ra12.5以内。4．速度快：切割速度可达50m/min，最大定位速度可达70m/min，比线切割的速度快诸多。5．切割质量好：无接触切割，切边受热影响很小，基本没有工件热变形，完全避免材料冲剪时形成的塌边，切缝普通不需要二次加工。6．不损伤工件：激光切割头不会与材料表面相接触，确保不划伤工件。7．不受被切材料的硬度影响：激光能够对布料，橡皮等柔软材质进行加工，不管什么样的硬度，都能够进行无变形切割。8．不受工件外形的影响：激光加工柔性好，能够加工任意图形，能够切割管材及其它异型材。9．能够对非金属进行切割加工：如塑料、木材、PVC、皮革、纺织品、有机玻璃等。10．节省模具投资：激光加工不需模具，没有模具消耗，不必修理模具，节省更换模具时间，从而节省了加工费用，减少了生产成本，特别适合大件产品的加工。2.2CO2激光切割技术的特点1.切割质量好切口宽度窄（普通为0.1--0.5mm）、精度高（普通孔中心距误差0.1--0.4mm，轮廓尺寸误差0.1--0.5mm）、切口表面粗糙度好（普通Ra为12.5--25μm），切缝普通不需要再加工即可焊接。2.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。3.清洁、安全、无污染大大改善了操作人员的工作环境。固然就精度和切口表面粗糙度而言，CO2激光切割不可能超出电加工；就切割厚度而言难以达成火焰和等离子切割的水平。但是就以上显着的优点足以证明：CO2激光切割已经和正在取代一部分传统的切割工艺办法，特别是多个非金属材料的切割。它是发展快速，应用日益广泛的一种先进加工办法。2.3半导体激光切割机1介绍半导体激光切割机采用半导体泵浦激光器，半导体泵浦激光器是近年来国际上发展最快，应用较广的新型激光器。该类型的激光器运用输出固定波长的半导体激光器替代了传统的氪灯或氙灯来对激光晶体进行泵浦，从而获得了崭新的发展，被称为第二代的激光器。这是一种高效率、长寿命、光束质量高、稳定性好、构造紧凑小型化的第二代新型固体激光器，现在在空间通讯，光纤通信，大气研究，环境科学，医疗器械，光学图象解决，激光打印机等高科技领域有着独具特色的应用前景。2特点1、采用半导体泵浦源和德国高速标记振镜头，光电转化效率高、光束质量好。2、采用全数字化激光标记和独特的激光选模及深雕技术，确保了设备含有极高的稳定性、精确性和和谐的操作性。并可选配自动测焦和调焦系统，满足精确切割和多样化打标需求。3、周到的防护设计：缺水保护，激光谐振腔光路和激光腔腔体双重密封，防潮装置，防长出光装置。4、多样的外围装置设计：自动上、下料系统，旋转标记转台，排风除尘系统，激光防护罩及灯光警示装置。5、光路预览功效，焦点批示功效：在激光的光轴上叠加了可见红光，用于批示激光束的位置，实现对打标范畴的预览。增加了批示对焦红光，直观方便的实现了对焦功效。半导体激光切割机GDBEC-130250，选用进口半导体泵浦源和德国高速标记振镜头，光电转化效率高，光束质量好，可在金属、非金属等各类固性材料上进行精确、快速的打标和划线，并可根据加工材料厚度，调节激光焦距，确保加工的最佳效果。合用于各类普通金属及合金（铁、铜、铝、镁、锌等全部金属）、稀有金属及合金（金、银、钛）、金属氧化物、ABS料（电器用品外壳、日用品）、油墨（透光按键、印刷制品），环氧树脂（电子元件的封装、绝缘层）等材料。2.4光纤激光切割机1介绍是运用光纤激光发生器作为光源的。光纤激光器是国际上新发展的一种新型光纤激光器输出高能量密度的激光束，并聚集在工件表面上，使工件上被超细焦点光斑照射的区域瞬间熔化和气化，通过数控机械系统移动光斑照射位置而实现自动切割。同体积庞大的气体激光器和固体激光器相比含有明显的优势，已逐步发展成为高精度激光加工、激光雷达系统、空间技术、激光医学等领域中的重要候选者。它既可做平面切割,也可做斜角切割加工,且边沿整洁、平滑,合用于金属板等高精度的切割加工，同时加上机械臂能够进行三维切割替代原本进口的五轴激光。比起普通二氧化碳激光切割机更节省空间和气体消耗量，光电转化率高，是节能环保的新产品，也是世界上领先技术产品之一。2较CO2激光切割机的优势：1）卓越的光束质量：聚焦光斑更小，切割线条更精细，工作效率更高，加工质量更加好；2）极高的切割速度：是同等功率CO2激光切割机的2倍；3）极高的稳定性：采用世界顶级的进口光纤激光器，性能稳定，核心部件使用寿命可达10万小时；4）极高的电光转换效率：光纤激光切割机光电转换效率达30%左右，是CO2激光切割机高3倍，节能环保；5）极低的使用成本：整机耗电量仅为同类CO2激光切割机的20-30%；6）极低的维护成本：无激光器工作气体；光纤传输，无需反射镜片；可节省大量维护成本；7）产品操作维护方便：光纤传输，无需调节光路；8）超强的柔性导光效果：体积小巧，构造紧凑，易于柔性加工规定。固然了，与二氧化碳激光切割机相比，光纤的切割范畴相对狭窄。由于波长的因素，其只能切金属材料，对非金属不容易被其吸取，从而影响其切割范畴。3与相比的优势：1）切割速度：的速度是YAG的4-5倍，合用于大量加工与生产2）使用成本：的使用成本比YAG固体激光切割更少3）光电转换效率：的光电转换效率是YAG的10倍左右对应的光纤激光器的价格较高，因此价高比之要高出不少，但比二氧化碳激光切割机要低诸多。但其性比价确实三者中最高的。激光切割技术的应用及发展前景激光切割的应用领域非常广泛,例如汽车行业、计算机、电气机壳、多个金属零件和特殊材料的切割、圆形锯片、压克力、弹簧垫片、2mm下列的电子机件用铜板、某些金属网板、钢管、镀锡铁板、镀亚铅钢板、磷青铜、电木板、薄铝合金、石英玻璃、硅橡胶、1mm下列氧化铝陶瓷片、航天工业使用的钦合金等等。近年来,激光切割的新应用层出不穷,令人耳目一新。3.1激光切割技术的市场现状我国激光产业的发展，即使是一种初步发展，但在国际科技带领下已经完毕了飞跃的发展，并且比同等质量有一种高阶段的突出。以激光切割机来讲，市场的需求高达千万，为广阔的市场添加了新的生机。自从60年代第一台激光设备的诞生和应用开始，我国就有多位专家在激光行业付出了努力，并达成了国际一种微小的差值。在激光行业的发展同时，激光成套工业设备也进入了生产的市场，摆脱了长久依靠国外的局面，解决了国内激光行业的尴尬局面。国内经济的飞速发展，成为激光市场的高产业支柱，并且能够达成每年20%以上的增加速，成为全球激光市场的一种新起点，根据专家预测，国内的激光市场仍处在高速的增加阶段，在将来能够在进行翻番的增加，来最大的扩充激光切割设备的市场，弥补国内空白，将国内高端激光设备摆脱受困的状态，成为国际上的顶梁柱。现在国内的激光产业重要在深圳、武汉两地聚集，其中深圳是国内的重要销售市场，并且以数年的发展经验，领先了其它区域。激光切割指采用激光发射性光束在产品上面打孔，根据水平移动来对应产生的缝隙称为激光切割，激光能够在多产品材料上面切割，如亚克力、刀模板、布料、皮革等行业都能运用激光进行切割，因此激光切割是一种在多行业切割的新型方案。对于这样一种新型的切割办法，相对于传统切割有着什么样的优势呢，下面光博士带您分析下。激光是运用物质激发产生光，这种光带有强烈的温度，在接触材料时候，能够快速的在材料表面融化，形成打孔，根据对位对点的移动形成了切割，因此这样的一种切割办法相对于传统的切割办法，缝隙更小，更能够省去大部分材料，然而根据切割效果来定义分析，根据激光进行切割的材料，其切割效果能够满意，精确度又高，这是继承了激光的优势，也是普通切割方式不能够媲美的。相对于传统切割方式中，激光切割更易懂、易学、在商家需求的加工效果，速度方面都有着绝对的优势，因此相信在将来的切割方式选择中，将是大众的需求。激光切割加工是指采用激光设备来给产品进行加工，这种模式是针对那种初入激光行业，并且小型的加工户，然而这种模式在现今的社会都不倡导了，由于激光设备的价格不再是那种高高在上的设备了，完美的技术发展，优良的加工精细，使得现今的激光设备不再是那样的昂贵，由于它们的设备有针对行业性的，这样能够省去了以往那种高贵的大功率设备加工，现今的小功率设备也能进行加工了，这让这些想购置的加工不在需要借用别人的设备进行加工了，激光切割加工模式逐步被取代了，这是必然性。下面分析下激光切割市场以及加工效果，在激光切割市场，凡事理解一点的都清晰，激光切割能够加工多行业，然而需要购置加工多行业的设备，价格是不菲的，然而如果购置的是单行业，如、等，这些针对行业的设备，价格就不是那样昂贵了，这就是将来的市场，在其加工效果方面，单行业的加工效果，必定针对单行业其功效是最佳的，能够满足此行业的规定，这些在这些行业设备介绍中，光博士有提到，因此在如果想采用激光切割加工的商户们，不妨去尝试着使用激光切割设备直接自己购置进行加工，这样能够协助你实现以及解决诸多的问题！3.2激光切割技术的应用大多数激光切割机都由数控程序进行控制操作或做成切割机器人。激光切割作为一种精密的加工办法，几乎能够切割全部的材料，涉及薄金属板的二维切割或三维切割。在汽车制造领域，小汽车顶窗等空间曲线的切割技术都已经获得广泛应用。德国大众汽车公司用功率为500W的激光器切割形状复杂的车身薄板及多个曲面件。在航空航天领域，激光切割技术重要用于特种航空材料的切割，如钛合金、铝合金、镍合金、铬合金、不锈钢、氧化铍、复合材料、塑料、陶瓷及石英等。用激光切割加工的航空航天零部件有发动机火焰筒、钛合金薄壁机匣、飞机框架、钛合金蒙皮、机翼长桁、尾翼壁板、直升机主旋翼、航天飞机陶瓷隔热瓦等。激光切割成形技术在非金属材料领域也有着较为广泛的应用。不仅能够切割硬度高、脆性大的材料，如氮化硅、陶瓷、石英等；还能切割加工柔性材料，如布料、纸张、塑料板、橡胶等，如用激光进行服装剪裁，可节省衣料10%～12%，提高功效3倍以上。从技术经济角度不适宜制造模具的金属，特别是轮廓形状复杂，批量不大,普通厚度；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：自动电梯构造件、升降电梯面板、机床及粮食机械外罩、多个电气柜、开关柜、纺织机械零件、工程机械构造件、大电机硅钢片等。装饰、广告、服务行业用的不锈钢（普通厚度3mm）