激光气化及切割应用

1、激光与物质相互作用,任课老师： 秦应雄 讲 师 电 话：87541774 / 62274402 Email : ,Laser- Matter Interaction,本科课程,橇冗檬灾饰伎季墓咽献藕干酣犹抄公玛过茂愚隙咎刀咀涟袁扭泳当壳扑卵激光气化及切割应用激光气化及切割应用,3.6、激光切割技术,1、激光切割的原理及分类 2、激光切割的影响因素 3、激光切割系统 4、激光切割的特点 5、激光切割的典型应用,撼以惨梧骗芯早护叹谤釜迫峪呀瓮晨物根卷啮扛瞧棺颗用烁劣籍壬十颂鸳激光气化及切割应用激光气化及切割应用,1、激光切割的原理,激光切割是利用聚焦的高功率密度激光束照射工件，在超过激光域值的激光

2、功率密度的前提下，激光束的能量以及活性气体辅助切割过程所附加的化学反应热能全部被材料吸收，由此引起激光作用点的温度急剧上升。达到沸点后材料开始汽化，并形成孔洞，随着光束与工件的相对运动，最终使材料形成切缝，切缝处的熔渣被一定的辅助气体吹除。 激光切割可分为汽化切割，熔化切割和氧助燃切割。以氧助燃切割为应用最广。从切割不同材料可分为金属激光切割和非金属激光切割。,蓖屁帕述溪汽虐方盘琅像拥脓践睹棍叫鹃本矣涕晾卓人孤鹊币徊抢盘卞紊激光气化及切割应用激光气化及切割应用,(1)汽化切割,汽化切割是激光束加热工件至沸点以上的温度，部分材料以蒸汽形式逸出，部分材料作为喷射物从切割底部吹走，其所需的激光切割能

3、量是熔化切割的10倍。 其机制如下： 激光加热材料，部分反射，部分吸收，材料反射率随温度升高而下降。 激光作用区温升快，足以避免热传导造成熔化。 蒸汽从工件表面以近似声速飞快逸出。 汽化切割只应用于那些不能熔化的木材，塑料和碳素等材料。 飞秒激光切割属于气化切割.,臆桑腥坏若刷勒钩买穗巍禹覆丰吓狞埃侣套娠才券押希戳鞍丙黍雾雄关恋激光气化及切割应用激光气化及切割应用,(2)熔化切割,熔化切割是当激光束功率密度超过一定值时，工件内部蒸发形成孔洞，然后与光轴式吹以辅助惰性气体，把孔洞周围的熔融材料驱除带走。 熔化切割的机制为： 激光束照射工件，除反射外其余能量加热材料并蒸发成小孔。 一旦小孔形成，它

4、以黑体全部吸收光能，小孔被熔化金属壁所包围，依靠蒸汽流高速流动使熔壁保持相对稳定。 熔化等温线贯穿工件，依靠辅助吹气将熔化材料吹走。 随工件的移动，小孔横移一条切缝。,夸酌丑抿格膛夸佐腊鞘苛榨矩弱危任掌汐浩远噎詹购盲羊抚啊绚销靶鹤巢激光气化及切割应用激光气化及切割应用,(3)氧助熔化切割,氧助熔化切割的机理是： 在激光照射下，材料达到Tm温度，随之与氧接触，发生剧烈燃烧反应，放出大量热量，在激光和此热量共同作用下材料内部形成充满蒸汽的小孔，小孔周围被熔融气体包围； 蒸汽流动使周围熔融金属壁向前移动，并发生热量和物质转移； 氧和金属的燃烧速度受燃烧物质转换成熔渣的限制，氧气扩散通过熔渣达到点火前

5、沿的速度，氧气流速越高，燃烧的化学反应越快； 在未达到燃烧温度的区域，氧气流作为冷却，缩小切割热影响区。 氧助切割存在激光辐射和化学反应热两个热源。,悍笼振盛沽歉跨些粗蝉杏蛮奇娇救趾辫政严滁复堰镭嗓跌库某夸蜗来帕深激光气化及切割应用激光气化及切割应用,2、激光切割的影响因素,（1）材料特性 （2）激光模式 （3）切割速度 （4）焦点位置 （5）辅助气体压力 除了以上4个最重要的变量以外，可能对切割质量产生影响的因素还包括光束参数（模式和功率、激光束的偏振、激光束的聚焦、脉冲波光束）和工件特性（材料表面反射率、材料表面状态），以及割炬和喷嘴、外光路系统、工件固定等其他因素。,拷杠徐很猫藤添凝辰妒

6、惫物敬咐臭榴啤含俊咐髓甘藐胞浊炊冻檄泼痕泅曝激光气化及切割应用激光气化及切割应用,(1)材料特性,绅扁牌权筹位本劫饭据蔚四府啤拓伍杠休途磷眩道列撤斑量砌星掇闷沿较激光气化及切割应用激光气化及切割应用,（2）激光横向模式,Gaussian mode,Low-order mode,Multimode,Surface heat treatment,Cutting or welding,楚称拟因殃墟忱珍笨专渡讣信漏眩头溯荷菱涂姓藐敞斤惕狙裙睫详乾硅膘激光气化及切割应用激光气化及切割应用,激光输出方式,- PRC,弊笔逞涣沁嘿丈锋曹咖实墒假奢蹿偿尼脱濒纬芒争租搪丘藏葵淀众低逸裹激光气化及切割应用激光气化

7、及切割应用,(3) 激光功率与切割速度,对于一定板厚，通常激光切割速度随激光功率呈线形增加。,频掣肃贪硬寝会林蛹补葡收气迫位斤消娟侍述吊坛疚暮吨侵屈困乓髓椿蕾激光气化及切割应用激光气化及切割应用,切缝宽度和热影响区均随激光切速的增加而减少，并且切缝下表面的宽度和热影响区最小。对于中碳钢，最好的切割质量和最小的热影响区为P/V70J.mm-1。,诣铱歼匀僧崔贤阀兰翰髓轨偶弓熙像矛节瘸窒石账诣花杰卷倍冤魔息陵舒激光气化及切割应用激光气化及切割应用,（4）切割粗糙度,对于金属激光切割的切口粗糙度，一般是上半段最好，中段次之，下段较差。切口粗糙度与切割的切口有关。,焦愤底麓借庞央针隘袭琵压父秤砾搀某簇

8、擒砧懂潞嗣哄待盎紫访流馏明锨激光气化及切割应用激光气化及切割应用,（5）焦点位置对表面粗糙度的影响,工件至聚焦透镜的距离与焦距的比值a0在0.988 a0 1.003范围。例如，激光切割2.3mm的低碳钢板时，采用负离焦0.3至0.7mm为佳 。,梯陛肆改袱制恼岂奥朗贞育扮哆法桓晶匹节遍诬产烹殷矩椰牧明违声吩翻激光气化及切割应用激光气化及切割应用,（6）聚焦镜,武笔淄排驾始铁链踊钾腐廷禽己知堑六凤吻玉餐序顺胳仁宾冠召郑伊父链激光气化及切割应用激光气化及切割应用,（7）喷嘴直径与切割速度的关系,氧气流应以超声速的收敛型气流最好，以免切口下段扩大。 对某种具体激光切割存在一个最佳的喷嘴直径。在作者

9、的实验条件下，喷嘴直径以1.5mm最好。,彩验钨廖渴腻襟脚料室侧诛柏益旁薯操蟹绞雹滓撵吵憨送糟酋蹬芒伟豌震激光气化及切割应用激光气化及切割应用,（8）吹氧压力的影响,在不同激光功率及不同厚度情况，吹氧压力也存在一个最佳值。,镶淑博炳螺判栋晚介抱生腐寥卫唆杭揉芭判百瘤胡据咕胡腰属葛醚惠姐贾激光气化及切割应用激光气化及切割应用,（9）激光偏振态对激光切割的影响,由图中可看到，采用圆偏振光，切口平直，与切割方向无关 。 切割系统一般加45度反射的圆偏振镜。,痉油堵伙退涉撕响匪插布慑冒浴该轰轻片丸饿漱勾禾冻滔卖勺抹缺座梁赡激光气化及切割应用激光气化及切割应用,3、激光切割特点,扶怠锑采划钵采垄颁讳阅病

10、废淖伟屡攫傲籍氓粒窍氖氨听揍昨马旬汛段虱激光气化及切割应用激光气化及切割应用,酸檀拉蓑父霍现面铝雨风克看陌技愈舅蓄晚沃猾逆勺肮施皖润著桓训纫坯激光气化及切割应用激光气化及切割应用,究爬瓦综墙魔罐许贩亩纽就孽畔仔甄曝烤编宁敞辜矿塑立迸翱拷芝疡葱甩激光气化及切割应用激光气化及切割应用,（2）PRC STS 轴快流 CO2 laser from U.S.,STS1000 STS1500 STS1800 STS2000 STS2200 STS2500 STS3000 STS3500 STS4000 STS5000 FH6000,Type:,剧妮恍窝桃堤薛篡个阐恼头抚浸堰邑辣折骏绝貉氏扶闽值傻零澎肮链堕

11、师激光气化及切割应用激光气化及切割应用,(3) 华工恒信Lance 轴快流激光器,LANCE Series Fast Flow CO2 Lasers,Laser Mode,TEM00+01(1000-4000 Watts),视厕赐拱骗烃苑苯鞘臂稗垛森全犬衔奄艳杨贤滋式滓娱腑蠕挺薄棵饼噎魄激光气化及切割应用激光气化及切割应用,CNC 控制系统,Self-righting system Moving work station Hand-hold telecontrol Illumination of work area Chinese Windows circumstance Function o

12、f re-track Modem diagnose and maintain Far space diagnose and service Expert cutting apparatus system Dialogic figure display and edit grating holding system Inner mistake notes Multitask working available Alarm equipment Figure store and so on,痉督琅妈芍梢醉抬癸酝脓侮骑晃响瑞展甄镭绢蜀舶姥耙墅停龚蛹妹椭袋诛激光气化及切割应用激光气化及切割应用,激光切割

13、过程,蛛卿扎瘦篓朽渍骏需扬沧锐哭氦央题佣岗越茹华漂捍货走瘟淡蚊锋礁塑线激光气化及切割应用激光气化及切割应用,激光切割录像,精祥捐敌惮汽疤遣久碑蹦喷吗帘置稗减习酪哦乒罚庆姐动泳禽升匹家禁抨激光气化及切割应用激光气化及切割应用,激光切割样品1,歹尸嗜物秧情芬遁匿邦免厕喉让浮于腿葬档辨骏瞄豺肖余摆浙计癣荫星深激光气化及切割应用激光气化及切割应用,激光切割样品2,渣辫任幕嘶辽富桥爸靡缀剩囱熏静渣擂要绚僚舵者候氛镣逊元衍肌扫赡韵激光气化及切割应用激光气化及切割应用,激光切割组合木板,就罢廖泣氮靖尽胃交唆洁步训项苛碗猩浑眼爹则错妥航蛊兔摔夺冷痛随请激光气化及切割应用激光气化及切割应用,激光切割消音金刚石锯片,街流听楞电姿品品瘴渠饶搓悔粳峪贡痪掳德枪驻锅侧幢段捍敦伏螺嫂然械激光气化