激光切割的原理是利用 经聚焦的高功率密度激光束照射工件,使被照射的材料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点,同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质,从而实现将工件割开。激光切割属于热切割方法之一,具有切割速度快、质量高的特点。
激光切割的具体运作原理包括以下几个步骤:
激光发生器产生激光束:
激光切割机中的激光发生器会产生高能量、高聚集度的激光束,常用的激光类型有CO₂激光、光纤激光和固体激光等。
激光束导向和聚焦:
借助光学器件(例如透镜或镜片)控制激光束的路径,使其被导向并聚焦成小直径的光斑,让能量集中在较小的区域。
材料吸收激光能量:
当激光束照射到材料表面时,材料会吸收激光的能量,不同材料对激光的吸收率会存在差异,部分金属材料对激光有着较高的吸收率。
材料加热融化或汽化:
激光的高能量密度能够使材料迅速加热,达到融化或汽化的温度,而材料的融化或汽化需要消耗大量的热能,以此来实现切割目的。
辅助气体吹除:
激光切割过程中可以使用辅助气体(如二氧化碳、氧气、氮气等)来帮助去除熔化或汽化的材料,也可以不使用辅助气体。辅助气体可以吹走熔化的废渣,使孔洞连续形成宽度很窄的切缝,提高切割精度和表面光洁度。
激光切割可以分为以下几类:
激光汽化切割:
利用高能量密度的激光束在短时间内汽化材料,形成蒸气,适用于极薄金属材料和非金属材料的切割。
激光熔化切割:
用激光加热使金属材料熔化,喷嘴喷吹非氧化性气体,依靠气体的强大压力使液态金属排出,形成切口,适用于不易氧化的材料或活性金属的切割。
激光氧气切割:
利用激光作为预热热源,用氧气等活性气体作为切割气体,喷吹出的气体与切割金属发生氧化反应,放出大量的氧化热,适用于易氧化的金属材料。
激光划片与控制断裂:
利用高能量密度的激光在脆性材料的表面进行扫描,使材料受热蒸发出一条小槽,然后施加一定的压力,使材料沿小槽处裂开,适用于脆性材料的切割。
激光切割具有高精度、高速度、高效率等优点,广泛应用于金属和非金属材料的加工中,可大大减少加工时间,降低加工成本,提高工件质量。