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激光切割厚板技術難點全攻略

發布時間:2017/9/5     信息來源:http://www.mediaworksasia.com   作者:激光切割機    0

作為全球增長最快的激光切割機市場,中國正在將激光切割機作為促進傳統產業升級的重要手段,但是仍然麵臨著應用不足與核心技術落後的巨大瓶頸。一般情況下,激光切割10mm以上的厚板,切割速度將明顯下降,切口的可重複性也不佳,無法同傳統技術競爭。鋼結構、船舶、橋梁等行業常常使用12mnm以上的鋼板,如果激光切割機能夠高效柔性的切割這些金屬材料,無疑將有很大的市場前景。

激光切割厚板過程中存在的問題

激光切割厚板時,僅靠激光器本身提供的能量不足以切透工件,因此采用有氧切割時必要的。反應熔化切割時,氧氣與工件材料發生鐵氧放熱反應,為氧氣輔助激光切割提供大部分的能量,吹走熔化物和冷卻工件表麵。氣流與光軸同軸,其中一部分氣流進入切口,進入切口的氣流又有一部分被切割前沿所反射,另一部分氣流能進入切割前沿的熔化層。熔化層存在3種質點:氧原子、金屬原子、反應產物的原子。在穩定的切割過程中,這3種質點處於一種穩定的平衡狀態;熔化層從氣流得到氧原子,氧化物的分解也產生氧原子,熔化物的氧原子通過氧化反應從熔化層表麵蒸發和隨熔融材料從切口下部噴出而散失;熔融金屬原子來自固體材料,隨切割運動而熔化並伴隨氧化物的分解,也通過切割前沿表麵的蒸發、氧化反應和隨熔融材料從切口下部噴出而散失。計算結果表明,鐵氧反應中熔化金屬完全燃燒時合理的。反應氧化切割鋼板時,約有60%的能量來自鐵的氧化反應。而反應氧化切割鈦合金板時,放熱反應可提供90%的能量。

實際切割過程中,能切透的厚板是有限的,這與切割前沿鐵不能穩定燃燒有著密切的關聯。目前激光切割厚板存的問題主要有切割速度慢、切口質量差(刮渣和粗糙度)。如何用更小的激光功率切割更厚的板材 成為各激光切割機廠家研發的重點,而AG亚游集团激光認為主要思路都側重於激光器、聚焦光學係統以及輔助氣流的改進。

⑴激光器:研發更大功率激光器是提高激光切割厚板的途徑之一,這一點想必大家都知道,所以就不做過多地介紹。

⑵光學係統:①使用自適應光學係統;自適應光學係統與傳統激光切割技術不同之處在於無需將焦點位置放在切割表麵,焦點位置沿著材料厚度方向上下波動幾個毫米,焦點位置的偏移導致自適應光學係統中焦距的改變。焦距的周期性變化與激光和工件之間相對運動的重合導致焦點位置沿著工件深度成正弦函數變化。焦點位置的周期性變化影響切割過程,可以得到高質量和高性能的切口,這種方法的缺點是切割深度有限,一般不超過30mm的鋼板。②雙聚焦法;采用雙聚焦法是采用特殊的透鏡使光束在不同部位兩次聚焦,切割裝置如下圖所示。圖中D1為透鏡中心部分的直徑,D2為透鏡邊緣部分的直徑。透鏡中心的曲率半徑比周圍大,形成了雙焦點。實際切割時,一般根據板厚來選擇透鏡。切割過程中,上焦點位於工件上表麵,下焦點位於工件下表麵附近,見下圖。這種特殊的“雙焦點激光切割”技術具有很多優點。對於切割碳鋼和軟鋼來說,他能再金屬帶俄上表麵保持高強度的激光束,以產生材料起燃所需要的條件,以及在金屬下表麵附近保持高強度的激光束,以能滿足在整個材料厚度範圍內產生幹淨切口的需要。這一技術拓寬了實施高質量切割的參數範圍。

             

⑶輔助氣流:輔助氣體的純度極大地影響切割效率甚至切割質量。合理設計噴嘴,改善氣流流暢特征。超音速噴嘴內壁直徑先收縮後放大,就可以再出口處產生超音速氣流,其提供氣壓力可以很大但不產生激波。超音速氣流速度很大可以將切縫中的熔化金屬快速吹走,提高切割速度。利用超音速噴嘴進行激光切割時,切割質量也很理想,由於超音速噴嘴在工件表麵的切割壓力比較穩定,因此特別適合於厚板切割。

總結:激光切割厚板的主要方式是氧化反應切割。氧化反應提供大量的熱量,是激光切割厚板重要能量;激光切割厚板存在的主要問題有切割速度忙、易刮渣和過燒。提高激光功率、發展自適應光學係統,提高輔助氣流壓力,維持氧氣純度是提高切割厚板和切割速度、改善切割質量的有效途徑。

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