激光切割加工的原理是什么?

激光切割是利用高功率密度的激光束掃描過(guò)材料表面，在極短時(shí)間內(nèi)將材料加熱到幾千至上萬(wàn)攝氏度，使材料熔化或氣化，再用高壓氣體將熔化或氣化物質(zhì)從切縫中吹走，達(dá)到切割材料的目的。激光切割，由于是用不可見(jiàn)的光束代替了傳統(tǒng)的機(jī)械刀，激光刀頭的機(jī)械部分與工作無(wú)接觸，在工作中不會(huì)對(duì)工作表面造成劃傷;激光切割速度快，切口光滑平整，一般無(wú)需后續(xù)加工;切割熱影響區(qū)小，板材變形小，切縫窄(0.1mm~0.3mm);切口沒(méi)有機(jī)械應(yīng)力，無(wú)剪切毛刺;加工精度高，重復(fù)性好，不損傷材料表面;數(shù)控編程，可加工任意的平面圖，可以對(duì)幅面很大的整板切割，無(wú)需開(kāi)模具，經(jīng)濟(jì)省時(shí)。

激光切割主要是CO2激光切割，CO2激光切割是用聚焦鏡將CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化，同時(shí)用與激光束同軸的壓縮氣體吹走被熔化的材料，并使激光束與材料沿一定軌跡作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而形成一定形狀的切縫。CO2激光切割技術(shù)比其他方法的明顯優(yōu)點(diǎn)是：(1)切割質(zhì)量好。切口寬度窄(一般為0.1- -0.5mm)、精度高(一般孔中心距誤差0.1-0.4mm，輪廓尺寸誤差0.1-0.5mm)、切口表面粗糙度好(一般Ra為12.5-25μm)，切縫一般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厚的碳鋼切割速度為1.6m/min;2mm厚的不銹鋼切割速度為 3.5m/min，熱影響區(qū)小，變形極小。(3)清潔、安全、無(wú)污染。大大改善了操作人員的工作環(huán)境。當(dāng)然就精度和切口表面粗糙度而言，CO2激光切割不可能超過(guò)電加工;就切割厚度而言難以達(dá)到火焰和等離子切割的水平。

CO2激光切割的幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：一是焦點(diǎn)位置控制技術(shù)。聚焦透鏡焦深越小，焦點(diǎn)光斑直徑就越小，因此控制焦點(diǎn)相對(duì)于被切材料表面的位置十分重要。二是切割穿孔技術(shù)。任何一種熱切割技術(shù)，除少數(shù)情況可以從板邊緣開(kāi)始外，一般都必須在板上穿一小孔。早先在激光沖壓復(fù)合機(jī)上是用沖頭先沖出一孔，然后再用激光從小孔處開(kāi)始進(jìn)行切割。三是嘴設(shè)計(jì)及氣流控制技術(shù)。激光切割鋼材時(shí)，氧氣和聚焦的激光束是通過(guò)噴嘴射到被切材料處，從而形成一個(gè)氣流束。對(duì)氣流的基本要求是進(jìn)入切口的氣流量要大，速度要高，以便足夠的氧化使切口材料充分進(jìn)行放熱反應(yīng);同時(shí)又有足夠的動(dòng)量將熔融材料噴射吹出。

激光切割工藝多種多樣，其中熔化切割是使入射的激光束功率密度超過(guò)某一值，從而使光束照射點(diǎn)處材料內(nèi)部開(kāi)始蒸發(fā)，形成孔洞;汽化切割是使用高功率密度的激光束加熱，避免熱傳導(dǎo)造成的熔化，于是部分材料汽化成蒸汽消失;氧化熔化切割是材料在激光束的照射下被點(diǎn)燃，與氧氣發(fā)生激烈的化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生另一熱源;對(duì)于容易受熱破壞的脆性材料，通過(guò)激光束加熱進(jìn)行高速、可控的切斷，引起該區(qū)域大的熱梯度和嚴(yán)重的機(jī)械變形，導(dǎo)致材料形成裂縫，稱之為控制斷裂切割。