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激光加工和傳統加工的比較
發布時間:2021-01-09 瀏覽:34 次
       激光加工是利用激光的能量經聚焦后在焦點處達到很高的能量密度,待加工材料吸收激光生產熱效應進行加工。激光加工不需要傳統傳統工具,但激光是一把“隱形刀”,具有加工速度快、材料變形小的特點。
       激光加工具有以下特點:
       1.激光功率密度高,材料溫度迅速上升,吸收激光后熔化或汽化。即使是熔點高、硬度高、脆性大的材料,也可以用激光加工;
       2.激光頭不與工件接觸,不存在加工刀具磨損的問題;
       3.工件不受加工切屑力的影響;
       4.激光束的光斑直徑可以小到微米,作用時間可以短到納秒和皮秒。同時,大功率激光器的連續輸出功率可以達到幾千瓦到十千瓦的數量級,因此該激光器既適用于精密微加工,也適用于大規模板材加工。
       5.激光束很容易控制。結合精密機械、精密測量技術和計算機,可實現高自動化和高加工精度。
       激光加工可分為切割、焊接、標記、沖孔、劃線、粗化、熱處理等。本文主要介紹激光切割和焊接。
       激光切割技術廣泛應用于金屬和非金屬材料的加工,可以大大提高加工效率,降低加工成本,提高加工質量。與傳統的板材加工方法相比,激光切割具有切割質量高、切割速度快、靈活性高(切割任意形狀)和材料適應性廣的優點。
       根據工藝特點,激光切割可以分為以下幾種切割方法:
       1.激光熔化切割
       在激光熔化切割中,工件被局部化,然后熔化的材料被氣流噴出。這個過程被稱為激光熔化切割,因為材料的轉移只發生在液態。
       與高純度惰性切割氣體耦合的激光束促使熔融材料離開狹縫,但氣體本身不參與切割。
       激光熔化切割比氣化切割能獲得更高的切割速度。氣化所需的能量通常高于熔化材料所需的能量。在激光熔化切割中,激光束僅被部分吸收。最大切割速度隨著激光功率的增加而增加,隨著板材厚度和熔化溫度的增加而減小。
       激光熔化切割可以獲得鐵和鈦的無氧化切割。對于鋼材料,產生熔化但不蒸發的激光功率密度在104w/cm2和105w/cm2之間。
       2.激光火焰切割和激光熔化切割的區別在于使用氧氣作為切割氣體。在氧氣和加熱的金屬之間相互作用的幫助下,產生化學反應來進一步加熱材料。對于相投厚度的結構鋼,這種方法獲得的切削速度高于融化切削。
       另一方面,切割的質量可能比熔化切割的質量差。事實上,它會產生更寬的狹縫、明顯的粗糙度、增加的熱影響區和更差的邊緣質量。
       激光火焰切割加工精密模型和尖角不好,燒斷尖角很危險。脈沖激光可以用來限制熱影響。
       3.激光氣化切割
       在激光氣化切割過程中,材料在狹縫處汽化,這需要很高的激光功率。為了防止材料蒸汽在狹縫壁上凝結,材料的厚度不得大大超過激光束的直徑。因此,機械加工僅適用于必須避免移除融入材料的應用。事實上,這種加工僅用于鐵基合金的非常小的應用領域。
       這種工藝不能用于非熔融狀態的材料,如木材和一些陶瓷,因此不太可能使材料的蒸汽重新凝結。此外,這些材料通常必須實現更厚的切割。在激光氣化切割中,最佳的光束聚焦取決于材料厚度的光束質量。
       所需的激光功率密度大于108瓦/平方厘米,取決于材料、切割深度和光束聚焦位置。
       激光焊接是激光材料加工技術應用的重要方面之一。焊接過程屬于熱傳導型,即激光輻射加工熱工件表面,表面熱量通過熱傳導向內部擴散。通過控制激光束的能量和其他參數,工件被熔化以形式成特定的熔池。由于其獨特的優勢,已成功應用于微小零件的焊接。與其他焊接技術相比,激光焊接的主要優點是:速度快、深度大、變形小。可在室溫或特殊條件下焊接,焊接設備簡單。
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