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二氧化碳激光加工三结合组

发布者: 发布时间:2016/6/3 17:56:36 阅读:次 【字体:

激光加工是六十年代发展起来的一门新技术,它包括打孔、切割、焊接、热处理、划线、去重等多项内容。各种新型激光器的不断出现,特别是大功率连续二氧化碳激光器和YAG:Nd激光器的问世,使激光加工日趋成熟。目前已在工业上获得广泛应用,取得显著效果。本文介绍采用300~500瓦级折迭式二氧化碳激光器对各种材料的切割情况及其实际应用问题。

激光加工原理

激光是一种方向性和单色性极好的相干光源,激光末经过光学透镜后,在透镜的焦面上能会聚成极小的光斑。

激光加工就是利用焦点处激光的极高功率密度,迫便材料吸收,产生局部高温,使工件瞬时熔化或气化,从而达到加工目的。不同材料的加工难易,依赖的因素很多,各种材料的物理性质和机械性质不同,选用的参数也不同。一般说来,被加工的材料的导热性越好,熔点越高,气化压力越低,对激光的反射率越大,加工就越难。例如钨锌的熔点比较高(>2500摄氏度,紫铜的导热系数比较大(338千卡/米·时摄氏度),银的反射率比较高(>0.95),对这些材料的加工就比较困唯。相反,锡、铅的熔点(<350摄氏度)低,导热系数(<55千卡.时)小,不锈钢、柯伐合金对激光的反射率比较低,这些材料的加工就比较方便。就激光束而言,除选择相应的波长和功率密度外,还有透镜焦距长短,焦点距工件的位置等等。对于难熔的材料,例如,金属,石英、陶瓷透镜的焦距耍小,这时热斑尺寸小,功率密度大;对于易于加工的材料,例如,纤维、木材、塑料等,由于一般都比较厚,宜采用长焦距,其焦深也长。但不管什么材料,其厚薄如何,焦点一般都置于加工件表面,这是由于利用焦点上的最高功率密度,将工件表面迅速熔化,促使光能大量吸收,加速加工过程的缘故。当然这既可改善切缝质量,又可提高切割速度。

聚焦方式有透射式透镜聚焦和反射式凹面镜聚焦两种,采用前者适用于短焦距,采用后者适用于长焦距。透镜材料均需对10.6波长有良好透过性能的Ge单晶(n型p=10欧·厘米)、砷化单品和NaCl单晶等红外材料。为减少双面反射,前两者需镀增透膜层(硫化锌),为防止潮解,后者需镀防潮膜层(三硫化二砷)。

实验和理论都证明了,无论对金属还是对非金属材料,喷气是十分重要的。喷气量的大小以及喷嘴的设计对加工质量的速度有直接影响,喷口一般选用口径为0.5~1.5毫米。要求喷出高压气流有一定的线性区。

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