金屬激光切割:激光切割難在哪些地方
對于10mm以下的鋼板,激光切割機不是個問題。而若要切割較厚的鋼板,則常要求輸出功率大于5kW的大功率激光器,且切割質量明顯降低。因為高能激光設備成本較高,輸出激光模式對激光切割不利,因此在用傳統的激光切割方法切割厚板時,沒有優勢。對金屬切削厚板的技術難點有:
1準穩定燃燒過程的維持較難。
在實際加工過程中,金屬激光切割機的厚度有一定的限制,這與切邊不能穩定燃燒有密切關系。在燃燒過程中保持連續,切割縫頂部的溫度必須達到燃點。僅僅通過鐵氧燃燒反應所釋放出的能量,并不能保證燃燒過程繼續進行。
首先,它是因為切縫被噴嘴噴出的氧流量不斷冷卻,使切割前沿溫度下降;
而燃燒產生的亞鐵氧化層則覆蓋在工件表面,阻礙了氧氣的擴散,當氧濃度下降到一定程度后,就會停止燃燒。
用傳統的會聚光束進行激光切割時,激光束與表面接觸的區域非常小,由于激光功率密度非常高,因此不僅在激光輻射區域,工件表面溫度達到燃點,而且由于傳熱,較寬的區域達到了燃點溫度。受氧氣流作用在工件表面上的直徑大于激光束外徑。結果顯示,不僅在激光輻射區,還應在激光輻照下的光斑周邊區域發生較強的燃燒反應。
厚鋼板切割時,切割速度比較慢,工件表面鐵氧的燃燒速度比切削頭移動得快。經過一段時間的燃燒,因氧濃度降低,造成燃燒過程停止。在切割頭移動到這個位置后,燃燒反應就會再次開始。切削刃前緣的燃燒過程是周期性的,容易引起切邊溫度波動,使切邊質量下降。
2板厚向氧純度和壓力很難保持恒定。
在金屬激光切割機中,氧氣純度的降低也是影響切割機切割質量的重要因素。
氧的純度對切削過程有很大的影響。如果氧氣的純度降低了0.9個百分點,鐵氧化物的燃燒率就會降低百分之10,而純度降低百分之37,則會降低百分之37。燃速下降將大幅降低燃速,使燃燒性差,切削速度減慢,而切削面中液相層鐵含量增加,因而熔渣粘稠度增大,造成熔渣排出困難,使切口下切口出現嚴重的積渣,使切口下切口質量難以接受。
為保證切割穩定進行,要求氧在板厚方向切割氧流量和壓力基本上保持不變。在傳統的激光切割工藝中,常采用普通錐形噴嘴,這種噴嘴可以滿足薄板的切割要求。但是,當厚板切割時,隨著供氣壓力的增大,噴嘴內易形成激波,激波對切割產生很多危害,降低氧流純度,影響切口質量。
通常有三種方法來解決這個問題:
(1)在切割氧周圍加入預熱火焰。
(2)在切割氧周圍加入輔氧流。
(3)噴嘴內壁的合理設計,改善流場特性。
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