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影响激光加工性能的因素

激光加工1

激光加工2
  图1.1-1和图1.1-2中显示的是影响激光加工性能的各主要因素。加工性能的提高,离不开对这些要素的优化。
 
  一:与激光束相关的因素

  激光器的输出形态,包含连续激光器和脉冲激光器两种。被加工材料对激光束的吸收率受激光波长的影响(如不锈钢之类的激光对1064nm激光吸收率高,皮革布匹塑料之类的材料对波长为10.6um的激光吸收率高),而激光的波长又是取决于激光的工作介质(比方ND:YAG激光晶体产生的激光波长就是1064nm)。激光输出功率表示能量的大小,占空比表示在脉冲输出时的每一脉冲时间内激光照射时间所占的比例,频率表示每一秒内的照射次数,光束模式M2表示能量强度的分布(有单模和多模几种)。

  二:与加工透镜相关的

  焦距表示从透镜中心位置到焦点的距离(我们常说的F125F150就是说的焦距是125和150mm),焦距是直接影响焦点位置处的光斑直径与焦深的最重要要素。加工透镜中有能抑制像差的凹凸透镜(如消相差的组合透镜)、非球面透镜和普通的平凸透镜几种。

  三:与激光束的焦点光斑相关的

  焦点(聚焦光斑)的直径取决于透镜的规格,如透镜的焦距越短,则焦点的直径就会越小;同样焦距的透镜,非球面聚焦镜比平凸透镜的聚焦效果好。焦点位置是指聚焦点距离加工材料表面的相对位置,我们把材料表面之上方向定义为正离焦、之下定义为负离焦。焦深是指在焦点附近能得到与聚焦点处光斑直径大小基本相同光斑的范围,焦距越长焦深也一般越长,同等焦距下波长越长的激光器的焦深越长。

  四:与喷嘴相关的

  喷嘴的直径决定着熔化、燃烧的可限制范围以及喷射于加工部位的辅助气体流量,薄板用的喷嘴孔就越小,厚板切割用的喷嘴孔就越大;不锈钢切割一般用单层喷嘴,碳钢切割一般用双层喷嘴。喷嘴的前端之所以呈圆形,主要是为了能胜任对任何方向的加工,喷嘴与加工材料表面间的间距要尽量设定得窄一些。

  五:与辅助气体相关的

  辅助气体的压力影响着熔化金属从切缝中排出的情况。气体的种类将影响到加工质量与加工能力,空气主要适用的材料有铝,铝合金,不锈铜,黄铜,电镀钢板,非金属等等;氮气主要适用的板材有不锈钢,电镀钢板,黄铜,铝,铝合金等;氧气主要适用压延钢材,溶接构造用压延钢材,机械构造用碳钢,高张力版,工具板,不锈钢,电镀钢板,铜,铜合金等;氩气主要适用的材料是钛,钛合金等。而焊接或热处理时,则需要对加工部位起保护作用,用的保护气体有氮气、氩气、氦气等,氮气N2---可以用于不锈钢的焊接保护气;氩气Ar----性价比高,最常规的保护气;氦气He---最好但也是最贵的保护气。每一个喷嘴都存在着与其自身相配的最佳气体流量。

  六:与加工材料相关的

  板材的材质和厚度会影响到激光能量的消耗,厚板就用更高功率的激光器,薄板就可以用小一点功率的激光器。材料的表面状况会影响到激光束吸收的稳定性,比方同等功率情况下,切割亮面碳钢比切割磨砂面碳钢就薄得多。而加工形状又会影响到热量的扩散。


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