利用一定功率密度的激光辐照工件表面使之熔化形成孔洞,同时依靠与光束同轴的非活性辅助气体把孔洞周围的熔融材料吹除,形成割缝。其所需功率密度约在107W/cm2左右。熔化切割的机理可概括为:www.jgxunlei.com www.xunleijg.com
(1)照射到工件表面的激光束功率密度超过某一阈值后,被辐照点材料开始蒸发并形成小孔。
(2)一旦小孔形成,它作为类黑体几乎吸收所有光束能量,小孔被熔融金属壁所包围,同时高速流动的蒸气流维持溶融金属壁的相对稳定。
(3)熔化等温线贯穿工件,辅助气流喷射压力将熔化材料驱除。
(4)随着激光束扫描,小孔横移形成切缝,烧蚀前沿处熔化材料持续或脉动地从缝内被吹除。
3.氧助熔化切割
激光将工件加热到其燃点,利用氧气或其他活性气体使材料燃烧,产生激烈的化学反应而形成除激光以外的另一种热源,在两种热源共同作用下完成切割,称为氧助熔化切割。氧助熔化切割的机制较为复杂,简要描述如下:
(1)材料表面在激光辐照下被迅速加热到其燃点,随之与氧气接触发生激烈燃烧反应,放出大量热量。在此热量作用下,材料内部形成充满蒸气的小孔,小孔周围被熔融金属壁所包围。
(2)随光束扫描的蒸气流运动使周围熔融金属壁向前移动,产生热量和物质转移,形成割缝。
(3)最后达到燃点温度区域的氧气流,作为冷却剂减小工件的热影响区。
燃烧物质转移成熔渣和氧气扩散穿过熔渣到达点火前沿的速度,控制了氧和材料的燃烧速度。氧气流速越高,燃烧化学反应和熔渣去除的速度就越快。但是,氧气流速过高,也会导致切缝出口处的反应物快速冷却,影响切割质量。
在氧助熔化切割的两个热源中,据粗略估计,切割钢时,热反应提供的能量要占全部切割能量的60%左右,切割活泼金属时,这一比例更高。因此,与熔化切割相比,氧助熔化切割具有更快的切割速度。在氧助溶化切割中存在着两个切割质量区域,如果氧燃烧速度高于光束扫描速度,割缝就宽而粗植;反之,割缝就窄而光滑。这两个质量区域间的转折是一个突变。
4.控制断裂切割
对易受热破坏的脆性材料,利用激光束加热进行高速、可控地切断,称为控制断裂切割。其切割机理可简述为:激光束加热脆性材料的小块区域,在该区引起极高的热梯度,产生严重的机械形变,使材料形成裂缝。只要保持均衡的加热梯度,激光束可以引导裂缝在任何需要的方向上产生。控制断裂切割速度快,只需很小的激光功率,功率过高反而造成工件表面熔化,破坏切缝边缘。控制断裂切割的主要控制参数是激光功率密度和光斑大小。
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