在材料加工领域按照市场份额来算的话,金属加工是激光器最重要的应用范围。钣金切割要求高输出功率和高光束质量的完美结合,特别是在厚截面金属切割的时候;因此,只有少数激光器适合用于厚截面的金属切割,因为激光光束质量通常会随着输出功率的增加而衰减。在钣金切割方面占据主导地位的激光产品是CO2激光器,因为它具有高功率的单元和高光束质量。而光纤激光器可望在加工过程优化方面超过CO2激光器,一个最主要的原因就是,相比CO2激光器产生的长波长,光纤激光器发出的短波长更容易被金属表面吸收。
惰性辅助气体——通常是氮气——优先考虑用于激光切割不锈钢,在此,激光束提供所有需要的能量,也能获得清洁的未氧化的切割边缘。激光切割软钢通常是利用气体喷射反应协助提供氧气或压缩空气完成。氧气与融化的金属结合产生热量,这些化学反应释放出大量的能量,对整个切割过程来说可以作为一个额外的能量来源。从释放热量的化学反应中所获得的额外能量促使切割以更快的速度进行。这种切割方式会产生含有氧化层的切割面,需要在进一步加工作业前去除氧化层,如通过喷涂来去掉,因为氧化层具有随时间推移而剥落的倾向。
切割速度
光纤激光器切割在切割薄型金属的时候,相比CO2激光器有明显的速度优势。
从本质上讲,光纤激光器切割大型厚工件的速度大幅下降,主要归因于光纤激光器辐射的吸收机制。金属部件对光纤激光器辐射的吸收性在其厚度较小的时候达到最高值,随之变厚时而下降;相反CO2激光器的辐射吸收性随着加工金属部件的厚度增加而增强,在加工部件厚度达到最高的时候吸收性也随之达到最高值。
通过惰性气体切割不锈钢的切割边缘质量,很大程度上取决于切缝的大小和切缝中的辅助气体质量流量。因此,切缝宽度大,辅助气体压力高,喷嘴直径大是确保高熔体去除率和高切割边缘质量的加工条件。根据加工部件的厚度适当调整焦点位置,以便获得较大的切缝,这样能产生高效的熔融喷射。焦点位置根据加工部件的表面情况而定,焦点在加工部件的表面上方定义为正,反之在加工部件表面的下方,定义为负。在切割厚型不锈钢的时候,通过将焦点位置安排在离加工部件底部表面最近的地方而获得高的切割边缘质量。
在用氧气作为辅助气体切割厚型软钢的时候,切割边缘的质量高度取决于放热氧化反应速率,而这受到辅助气体压力和喷嘴直径的影响而定。放热氧化反应的功率随着加工部件厚度的增加而增加,因为在厚型金属切割的时候会产生大量的金属熔液。此外,适用于厚型金属切割的较慢速度提高了氧化反应率,造成在切割边缘留下深槽。氧气辅助的喷射压力和喷嘴直径根据加工部件的厚度来调节,以便能有效控制氧化反应速率,确保得到好的切割边缘质量。
随着高亮度激光光源的发展,熔融去除率现在似乎是限制切割最大厚度的主要因素,而不是受制于现有的激光束强度。加工参数提高了熔融流动性,从而获得更高的切割质量和切割速度。
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