现代激光切割技术工艺研究

2016-07-18王继鑫

大科技 2016年11期

关键词：激光束气化激光

王继鑫

（哈尔滨东安发动机（集团）有限公司黑龙江哈尔滨 150066）

现代激光切割技术工艺研究

王继鑫

（哈尔滨东安发动机（集团）有限公司黑龙江哈尔滨 150066）

近几年激光技术得到了快速发展，已经变成一种主流的切割技术。在工业生产中，激光切割占激光加工的70%以上，是激光加工行业中最重要的一项应用技术。随着加工精度要求的提高以及全球范围内原材料价格的上涨，低消耗、高效率、高精度的激光设备便成为了人们关注的焦点。

切割；激光；技术；工艺

激光切割是现代工业革命的一项高科技运用技术。它被广泛应用于机械、汽车、航空、电器与电子等行业中。同时，也是在发达国家是一种普及率很高的工业级生产装备，它通过电脑程序的控制，以良好的柔性加工，很大程度上取代了金属板材加工过程中的模具冲压环节，优化了生产工艺，在机械装备制造领域发挥着不可替代的作用。

1 激光切割工艺有着传统切割工艺无法比拟的优势

（1）激光切割技术可以降低加工成本。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，降低加工成本。传统工艺在成本上，一件成品的加工成型往往要经过剪切、冲压、折弯、焊接等工艺，在设备的损耗上是很严重的，而且多种工序是需要有各位相应岗位的操作人员进行操作的，这在成本上无疑是一个很大的支出。而激光切割是应用激光聚焦后产生的高功率密度能量来实现的。在计算机的控制下，通过脉冲使激光器放电，从而输出受控的重复高频率的脉冲激光，形成一定频率，一定脉宽的光束，该脉冲激光束经过光路传导及反射并通过聚焦透镜组聚焦在加工物体的表面上，形成一个个细微的、高能量密度光斑，以瞬间高温熔化或气化被加工材料。在人力物力上要节省得多。

（2）激光加工作为信息时代的新型加工工艺，在提高产品质量、提高劳动生产率、减少材料消耗等方面具有越来越重要的作用。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，同时用于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。激光切割机能完成各种复杂结构的加工，只要能在电脑上画出任何图像，该机都能完成加工。与传统切割方式相比，激光切割机可以满足传统切割技术无法达到的切割效果，所以是目前市场上应用范围最广泛的一款切割设备。激光器的激光可以通过光纤传输，方便与运动平台的连接，实现柔性加工，大大简化了传统激光切割机的系统设计，也提高了系统的稳定性，减少了维护量，真正适合于工业加工领域的应用。

（3）激光切割发展迅速，应用日益广泛，是一种先进加工方法。激光切割机是一款专用于金属非金属行业加工设备，随着科技的发展和技术的改进，近年来激光切割机也取得了非常大的进展，换句话来说，就是科技的发展和先进技术让激光切割机越来越上档次，也越来越充实了。激光切割机切割是将能量即令到微小的空间，利用这一高密度的能量进行非接触、高速度、高精度的激光切割方法，是激光加工技术在工业生产中应用最广的一种加工方法。随着科技发展，现在激光切割都是通过与数控技术、计算机辅助设计与辅助制造（CAD/CAM）软件相结合，通过预先在计算机内设计，可进行众多复杂零件的整张板料套排切割，既节省材料，也可实现多零件同时切割以及全自动化操作，甚至可实现三维空间曲线的激光自动切割。

2 激光切割技术工艺研究

（1）激光熔化切割。激光切割加工工艺多种多样，其中熔化切割是使入射的激光束功率密度超过某一值，从而使光束照射点处材料内部开始蒸发，形成孔洞。在激光熔化切割中，激光光束只被部分吸收。最大切割速度随着激光功率的增加而增加，随着板材厚度的增加和材料熔化温度的增加而几乎反比例地减小。在激光功率一定的情况下，限制因数就是割缝处的气压和材料的热传导率。激光熔化切割对于铁制材料和钛金属可以得到无氧化切口。产生熔化但不到气化的激光功率密度。同时，工件被局部熔化后借助气流把熔化的材料喷射出去。因为材料的转移只发生在其液态情况下，所以该过程被称作激光熔化切割。

（2）激光气化切割。激光气化切割，即通过激光将材料汽化而达到的一种切割效果的过程，材料在激光过程中缝隙处出现汽化，此过程必须得激光有足够强，强到可以达到材料本身的熔点才可以达成的一种切割效果。在激光切割机的气化切割过程中，材料在割缝处发生气化，此情况下需要非常高的激光功率。激光气化切割加工方式不能用于，像玻璃和陶瓷等等一些非常耐高温的产品：①由于温度太高会被炸裂；②由于没有熔化状态因而不可能让切割壁缝蒸气再凝结。因此，为了防止材料蒸气冷凝到割缝壁上，材料的厚度一定不要大大超过激光光束的直径。该加工因而只适合于应用在必须避免有熔化材料排除的情况下。该加工实际上只用于铁基合金很小的使用领域。

（3）激光焊接技术。激光焊接主要是利用利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法，利用激光本身的高度聚焦，在短时间内形成强烈的脉冲，从而对材料进行加工和切割。激光焊接具有焊缝深宽比大、热影响区窄、焊接速度快、焊接线能量低、焊接变形小、聚焦后的光斑直径小（0.2～0.6mm）和能量密度高（106W/cm2）的特点。激光焊接技术是先进制造方法之一，可能取代现有的熔焊及火焰切割方法，甚至部分机加工方法。激光焊接机器人及便携式激光焊接机是激光技术的重要方向。激光焊接作为现代科技与传统技术的结合体，其相对于传统焊接技术而言，尤其独特之处并且本身的应用领域以及应用层面更加广泛，可以极大的提升焊接的效率和精度。其功率密度高、能量释放快，从而更好的提高了工作效率。