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高能激光:激光切割的工艺要素(上)
- 2021-09-27 05:11-

  许多参数会影响激光切割过程,其中一些取决于激光器的技术性能,而另一些参数是变化的。今天主要是分享激光切割的光束及焦点的工艺要素影响:

  激光切割是将高功率的激光聚焦到被切割工件的表面,使其融化或燃烧,再辅以切割气体,将熔渣吹走,切割头在工件表面移动,形成切缝,使工件分离的过程。

  激光输出功率直接影响激光切割机的性能。通常,随板厚的增加,所需的激光功率也越大。在同种同厚度板材切割中,激光输出功率越大,切割速度越快,切割断面也越光滑;但在输出功率确定后,切割速度须和材料材质及其厚度吻合好,此时才能达到最好的切割效果,速度过快和过慢都会影响激光切割的效果。

  激光器的光束质量分布形式分为单模和多模两种,当光束能量密度只有一个集中点时,称为单模;当光束能量密度最集中的点有两个或以上时,网赚。称为多模。在切割应用中,聚焦光斑对切割出的质量有很大影响,单模激光器的纤芯比较细,光束质量优于多模,能量分布呈高斯分布,中间能量密度最高,三维图是一个尖圆的山峰状。

  多模激光器的纤芯相比粗一些,光束质量相比单模要差一些,能量分布相比单模光斑平均一些,三维图像一个倒扣的杯子,从边缘陡峭程度来看,多模的比单模的陡峭很多。

  单模的优势在薄板,多模的优势在厚板,单模和多模并没有相互比较的价值,都是光纤激光器的一项配置,就好比一辆车,轿车适合公路,越野适合山地,但是轿车也能跑山地,越野也能跑公路,所以光纤激光器到底选多模还是单模要看实际终端客户的加工需求。

  在激光切割中,焦点位置对材料的切割效果影响很大,不同的材质或厚度,激光切割时对应不同的焦点位置。

  激光切割中,焦点大小和焦深是影响切割效果和效率的重要因素之一。光束经短焦距聚焦镜后光斑直径相对较小、焦深短,焦点处功率密度很高,则有利于高速切割薄型材料,且切割精度高。经长焦距透镜后,焦点有较长的焦深,但焦点直径相对较大,只要具有足够功率密度,则比较适合切割厚工件。

  切割薄板时,焦点一般在工件表面处;切割厚板时,不锈钢焦点通常深入板内约为板厚的1/3—1/4处,处于负离焦距范围;切割碳钢时,焦点在其板面上方,且随板厚度的增加焦点越远离板面,处于正离焦范围。