连续激光切割的特性及应用

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：高的切割速度1200W的CO2激光切割2mm厚低碳钢板的切割速度达到0.1m/s，切割5mm厚有机玻璃的切割速度0.2mm/s；激光切割钢板生产率达到冲模下料的30%左右。试验设备和材料其试验设备采用波长为10.6μm、功率为4kW的快速轴流CO2激光器，光束聚焦使用125mm的透镜。

1.连续激光切割特点

与传统的板材加工方法相比，激光切割具有以下特点：

（1）高的切割质量其主要技术参数如下：

1）切口宽度窄，一般为0.1～1.0mm。

2）热影响区小，其深度为0.1mm数量级。

3）切口光洁。断面平面度平均高度仅为数十微米。切口上、下保留锐边，基本无圆角，也无机械下料常有的毛边。

（2）高的切割速度1200W的CO₂激光切割2mm厚低碳钢板的切割速度达到0.1m/s，切割5mm厚有机玻璃的切割速度0.2mm/s；激光切割钢板生产率达到冲模下料的30%左右。

（3）高的柔性激光切割机均配有多坐标运动数控系统，根据给定的程序可以切割任意形状、尺寸的板材。切割过程容易自动控制，具有发展为自适应控制切割系统的良好前景。

（4）高的材料适应性几乎可以切割任何金属和非金属材料，包括各种硬的、软的、脆性的、塑性的等不同力学性能的材料。激光切割是一个热作用过程，加工难易与材料的力学性能无直接联系，而主要决定于材料的热物理性能，只是在切割铜、铝等高反射率、高导热性材料时有些困难。但适当地控制激光参数，仍可得到满意的切割结果。激光切割的板材厚度一般在10mm以下。提高激光功率，可加大切割厚度，但切口质量特别是切口底部的质量恶化，没有很大实用意义。

2.连续激光切割应用实例：汽车用冷轧钢板的激光切割

宝山钢铁股份有限公司采用CO₂激光对汽车钢板的激光切割进行了应用研究。

（1）试验设备和材料其试验设备采用波长为10.6μm、功率为4kW的快速轴流CO₂激光器，光束聚焦使用125mm的透镜。激光光束的输出经过9个反射镜和1个透镜。用直径为1.5mm的圆锥形喷嘴，气体喷嘴与工件的距离控制在0.8mm左右。试验材料为汽车厂广泛采用的低碳冷轧St14钢板，试样厚度为1.0mm和2.0mm。其化学成分和力学性能见表4-l-3和表4-1-4。

表4-1-3 St14钢的化学成分（质量分数，%）

表4-1-4 St14钢的力学性能

在激光切割工艺试验中，辅助工艺气体为N₂，压力为1.5MPa。

（2）切割质量及试验参数切割质量可根据切口的状态来评估。切割质量可分为三种：第1种，切口不平直，内切口和外切口严重不平整，且有大量余渣；第2种，切口较平直，但内切口和外切口不平整，且内切口有余渣；第3种为切口平直，内切口和外切口平整，无余渣。第3种为可接受的切口质量。下面对两种厚度的Stl4钢板用不同的激光切割工艺参数进行切割，寻找出符合第3种特征的参数范围。

研究表明：当钢板和其他条件不变时，激光功率与切割速度有一个合适匹配比。当激光功率一定时，切割速度过慢和过快，都不能得到符合第3种质量的切口。当材料厚度为1.0mm时，激光功率为3kW，切割速度为6m/min时，得到第3种质量的切口；当材料厚度为2.0mm时，激光功率为3.5kW，切割速度为4.8m/min时，同样能得到第3种质量的切口。同时对激光切割的热影响区大小和切割粗糙度进行分析，可发现符合第三种质量切口特征的试样热影响区宽度为45～65μm；用适当工艺参数时，切割后钢板表面很平整，无毛刺。

连续激光切割的特性及应用

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