金属激光切割机可以加工的材料,虽然几乎所有的金属材料在室温对红外波能量有很高的反射率,但发射处于远红外波段10.6um光束的CO2激光器还是成功的应用于许多金属的激光切割实践。金属对10.6um激光束的起始吸收率只有0.5%~10%,但是,当具有功率密度超过106w/cm2的聚焦激光束照射到金属表面时,却能在微秒级的时间内很快使表面开始熔化。处于熔融态的大多数金属的吸收率急剧上升,一般可提高60%~80%。
1、碳钢
现代激光切割系统可以切割碳钢板的最大厚度可达20MM,利用氧化熔化切割机制切割碳钢的切缝可控制在满意的宽度范围,对薄板其切缝可窄至0.1MM左右。
2、不锈钢
激光切割对利用不锈钢薄板作为主构件的制造业来说是个有效的加工工具。在严格控制激光切割过程中的热输入措施下,可以限制切边热影响区变得很小,从而很有效的保持此类材料的良好耐腐蚀性。
3、合金钢
大多数合金结构钢和合金工具钢都能用激光切割方法获得良好的切边质量。即使是一些高强度材料,只要工艺参数控制得当,可获得平直、无粘渣切边。不过,对于含钨的高速工具钢和热模钢,激光切割时会有熔蚀和粘渣现象发生。
4、铝及合金
铝切割属于熔化切割机制,所用辅助气体主要用于从切割区吹走熔融产物,通常可获得较好的切面质量。对某些铝合金来说,要注意预防切缝表面晶间微裂缝产生。
5、铜及合金
纯铜(紫铜)由于太高的反射率,基本上不能用CO2激光束切割。黄铜(铜合金)使用较高激光功率,辅助气体采用空气或氧,可以对较薄的板材进行切割。
6、钛及合金
纯钛能很好耦合聚焦激光束转化的热能,辅助气体采用氧时化学反应激烈,切割速度较快,但易在切边生成氧化层,不小心还会引起过烧。为稳妥起见,采用空气作为辅助气体比较好,以确保切割质量。飞机制造业常用的钛合金激光切割质量较好,虽然切缝底部会有少许粘渣,但很容易清除。
7、镍合金
镍基合金也称超级合金,品种很多。其中大多数都可实施氧化熔化切割。
一、激光数控切割机的火焰切割方法
激光数控切割机的激光火焰切割与激光熔化切割的区别在于使用氧气作为切割气体。在氧气和加热金属之间的相互作用的帮助下,发生化学反应,进一步加热材料。由于这种效应,对于相同厚度的结构钢,使用这种方法可以获得比熔切更高的切割率。
另一方面,这种方法的切口质量可能比熔切更差。在实践中,它会产生更宽的切口、明显的粗糙度、增加的热影响区和较差的边缘质量。激光火焰切割不适合精密模型和尖角(有烧坏尖角的风险)。使用脉冲模式激光器可以限制热效应,其中激光器的功率决定了切割速度。在给定的激光功率下,限制因素是氧气的供应和材料的热导率。
二、激光数控切割机的气化切割方法
激光数控切割机的激光气化切割过程中,材料在狭缝处气化,此时激光功率非常高是必须的。
为防止材料蒸气在狭缝壁上凝结,材料的厚度不得大大超过激光束的直径。因此,该工艺仅适用于必须避免排除熔融材料的应用。这种加工实际上只用于铁基合金的非常小的使用领域。该工艺不能用于非熔融状态的材料,例如木材和某些陶瓷,因此不太可能再冷凝材料的蒸汽。此外,这些材料通常可以实现更厚的切割。在激光气化切割中,最佳光束聚焦取决于材料厚度和光束质量。激光功率和汽化热对最佳焦点位置只有一定的影响。在板材一定厚度的情况下,最大切割速度与材料的气化温度成反比。所需的激光功率密度大于/cm2、并且取决于材料、切割深度和光束焦点的位置。在板材一定厚度的情况下,假设有足够的激光功率,最大切割速度受限于气体射流的速度。
三、激光数控切割机熔化切割方法
在激光数控切割机的激光熔化切割中,工件部分熔化后,借助气流将熔化的材料喷出。由于材料的转移仅在其液态下发生,因此该过程称为激光熔化切割。
激光束搭配高纯度惰性切割气体,促使熔料离开切口,气体本身不参与切割。激光熔融切割可以实现比气体切割更高的切割速度。气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,激光束仅被部分吸收。最大切割速度随着激光功率的增加而增加,而随着板材厚度和材料熔化温度的增加几乎成反比。在激光功率一定的情况下,限制因素是切口处的气体压力和材料的热导率。激光熔融切割可以对铁和钛进行无氧化物切割。产生熔化但不气化的激光功率密度在钢材的/cm2和/cm2之间。