激光切割机工艺手册概要

1、1第一章激光切割方法1.1激光熔化切割在激光熔化切割中，工件被局部熔化后借助气流把熔化的材料喷射出去。因为材料的转移只发生在其液态情况下，所以该过程被称作激光熔化切割。激光光束配上高纯惰性切割气体促使熔化的材料离开割缝，而气体本身不 参于切割。激光熔化切割可以得到比气化切割更高的切割速度。气化所需的能量通常高于把材料熔化所需的能量。在激光熔化切割中，激光光束只被部分吸收。最大切割速度随着激光功率的增加而增加，随着板材厚度的增加和材料 熔化温度的增加而几乎反比例地减小。 在激光功率一定的情况下，限制因数就是 割缝处的气压和材料的热传导率。激光熔化切割对于铁制材料和钛金属可以得到无氧化切口。产生熔

2、化但不到气化的激光功率密度， 对于钢材料来说，在104W/cm2105W/cm2之间。1.2激光火焰切割激光火焰切割与激光熔化切割的不同之处在于使用氧气作为切割气体。 借助 于氧气和加热后的金属之间的相互作用， 产生化学反应使材料进一步加热。由于 此效应，对于相同厚度的结构钢，采用该方法可得到的切割速率比熔化切割要高。另一方面，该方法和熔化切割相比可能切口质量更差。实际上它会生成更宽 的割缝、明显的粗糙度、增加的热影响区和更差的边缘质量。激光火焰切割在加工精密模型和尖角时是不好的（有烧掉尖角的危险）。可以使用脉冲模式的激光来限制热影响。所用的激光功率决定切割速度。在激光功率一定的情况下，限制因

3、数就 是氧气的供应和材料的热传导率。1.3激光气化切割在激光气化切割过程中，材料在割缝处发生气化，此情况下需要非常高的激 光功率。为了防止材料蒸气冷凝到割缝壁上，材料的厚度一定不要大大超过激光光束 的直径。该加工因而只适合于应用在必须避免有熔化材料排除的情况下。该加工实际上只用于铁基合金很小的使用领域。该加工不能用于，象木材和某些陶瓷等，那些没有熔化状态因而不太可能让 材料蒸气再凝结的材料。另外，这些材料通常要达到更厚的切口。在激光气化切割中，最优光束聚焦取决于材料厚度和光束质量。列2卫強激光设备有限公司武汉楚天工业aj比皆武汉楚天工业激光设备有限公司2激光功率和气化热对最优焦点位置是有一定的

4、影响。在板材厚度一定的情况下，最大切割速度反比于材料的气化温度。所需的激光功率密度要大于108W/cm2，并且取决于材料、切割深度和光束焦点位置。在板材厚度一定的情况下，假设有足够的激光功率，最大切割速度受到气体射流速度的限制。第二章加工过程“加工过程”指激光光束、加工气体和工件之间的相互作用2.1切割过程该过程发生的区域是切割之前。 作用在该切割之前的激光必须加热工件到把 材料熔化和气化所需的温度。切割平面由一个几乎垂直的平面组成，该平面被吸收的激光辐射加热并熔 化。在激光火焰切割中，该熔化区被进入割缝的氧气流进一步加热，达到接 近沸点的温度。产生的气化把材料移走。同时，借助于加工气体，液化

5、材料从工 件下部排出。在激光熔化切割中，液化材料随气体排出，该气体也保护割缝以防氧化。 连续的熔化区沿着切割方向逐渐滑移。因而得到一条连续割缝。激光切割过程的许多重要活动发生在该区域。对这些活动的分析可以得到激 光切割的重要信息。这样，就可以计算切割速度并解释牵引线特性的形成。2.2材料特性在工件上进行切割活动的结果可能是整洁的切口，或者相反，边缘粗糙或过 烧。影响切割质量最重要的因数是：-合金成份材料的微观结构表面质量表面粗糙度表面处理光束反射热传导率熔点热熔解aj比皆武汉楚天工业激光设备有限公司3气化温度合金成份合金成份在一定程度上影响着材料的强度、比重、可焊接性、抗氧化能力和 酸性。铁合

6、金材料中的一些重要元素有：碳、铬、镍、镁和锌。碳含量越高，材料越难切（临界值认为是含碳0.8%）。以下型号碳钢用激光 切割效果是很好的：St 37-2,StW 22,DIN 1.203。材料的基本微观结构一般来说，组成材料的颗粒越细，切割边缘的质量越好。表面质量和粗糙度如果表面有生锈区域或氧化层，那么切割的轮廓将不规则并出现许多破损 点。如果要切割波纹板，就选择最大厚度切割参数。 表面处理最常用的表面处理有镀锌、聚焦镀锌、涂漆、阳极电镀或覆盖分层塑料胶片。用锌处理过的板材易于在边缘出现挂渣。对于涂漆的板材，切割质量依赖于所涂产品成份的组成。如何进行涂漆材料的加工：第一趟选择一组功率小（雕刻）的

7、用于对处理表面作预烧打标的参数。 第二趟选择一组用于材料切割的参数。有分层材料涂层的板材非常适合激光切割。为了使电容式探测无故障工作， 让分层涂层得到最优粘合，（避免产生浮泡），分层边必须总是在切割工件的上 部。光束反射光束在工件表面如何反射取决于基本材料、表面粗糙度和处理。一些铝合金、 铜、黄铜和不锈钢板材具有高反射率的特点。切割这些材料时，要特别注意调节好焦点位置。热传导率焊接时，低热传导率的材料，和高热传导率的材料相比，需要更小的功率。比如，对于铬镍合金钢，所需的功率要小于结构钢的，对加工产生的热的吸 收也更少。另一方面，比如铜、铝和黄铜这些材料散失掉一大部分通过吸收激光产生的 热。因为

8、热从光束目标点处传导开了，所以热影响区的材料更难熔化了。热影响区激光火焰切割和激光熔化切割会导致切割材料边缘区域发生材料变异。关于热影响区域的范围与基本材料和材料厚度的之间关系，下表列出了一些参考数值。4材料厚度mm热影响区域mmSt 37碳钢铝10.050.050.1020.100.100.2030.150.150.3040.200.350.4050.250.340.5060.300.550.6080.400.750.70100.500.85120.60当加工低碳钢或无氧钢时，热影响区的淬火减少了。 对于高碳钢（比如Ck60）,会出现边缘区域变硬的现象 对于硬轧铝合金，热影响区甚至会比其余部

9、分稍微软一些2.3不同材料的可加工性 结构钢该材料用氧气切割时会得到较好的结果。 使用CW模式激光。当加工非常小 的曲线控制系统改变进给速率时，它通过调节使激光功率和轴进给速率相适应。当用氧气作为加工气体时，切割边缘会轻微氧化。对于厚度达4mm的板材，可以用氮气作为加工气体进行高压切割。这种情况下，切割边缘不会被氧化。复杂轮廓和小孔（直径小于材料厚度）应该用脉冲模式切割。这样可以避免 切掉尖角。-碳含量越高，切割边缘越易淬火，拐角越易过烧。合金含量高的板材比低的更难切割。氧化或喷砂处理过的表面会得到更差的切割质量。板材表面的余热对切割结果有负面影响。厚度在10mm以上的板材，对激光器使用特殊极

10、板并且在加工中给工件 表面涂油可以得到较好的效果。油膜减少熔渣粘到表面并极大地帮助切割。 油膜 不影响切割活动的效果。为了消除张力，只切割经二次处理过的钢板。沸腾条件下熔化钢铁中的 不纯成份实际上对切割结果有很大影响。为了切割表面洁净的结构钢，须遵循以下提示：Siw0.04% :首选，激光加工很好Si 0.25% :不适合激光切割，可能会得到更差的或不一致的结果。疋尸 注意：对于达到St52的钢铁，按照DIN标准的容许量为Si2DW1u喻心1I-1Zd 30W1514.3无氧化切割木材和铝 孔的起切 起切的长度取决于板材厚度和孔的直径4.4栅格栅条可以由不同的金属造成。铜栅条寿命最长，因为它对

11、热应力抵抗力最强。 熔渣很容易去掉。铜的高反射率对于切割薄板和小孔（孔不精确）或无氧化切割 （产生等离子体，干扰光束）有负面影响。碳钢和V2A是对切割过程干扰最小的材料。碳钢和V2A栅条可以由客户自己切割。切割的设计在PC机的硬盘上。栅条 的寿命取决于加工过程中所用的激光功率。碳钢的优点：经济V2A的优点：由于此材料的类型，溅射的材料不会氧化到栅格上。 建议：用02切割栅条。4.5评估切口结构钢：用02切割缺陷可能原因解决办法无毛刺，牵引线一致功率合适 进给速率合适溜II Z底部的牵引线有很大的偏移，底部 的切口更宽进给速率太咼 激光功率太低减小进给速率 增加激光功率的2卫坐激光设备有限公司武

12、汉楚天工业1板厚板厚孔的直径孔的直径起切的檢度起切的檢度Immlmm)mm Jd2010d 30从孔的中业从孔的中业好好rt2” 30|15孔孔武汉楚天工业11气压太低焦点太高结构钢：用02切割极化反射镜不合适， 安装不正确或有缺陷 极化反射镜安装在了偏转镜的位置加工气体错误（N2）进给速率太高功率太低使用氧气作为加工气体减小进给速率增加功率激光设备有限公司底面上的毛刺类似熔渣，成点滴状并容易除去进给速率太高气压太低焦点太高减小进给速率加大气压降低焦点连在一起的金属毛刺可以作为一整块被除去焦点太高降低焦点底面上的金属毛刺很难除去进给速率太高气压太低气体不纯焦点太高喷嘴对中不正确喷嘴口有缺陷减小

13、进给速率加大气压使用更纯的气体降低焦点对中喷嘴换喷嘴可能原因排除功率太低进给速率太高增加功率减小进给速率加大气压降低焦点检查极化反射镜检查偏转镜蓝色等离子体，工件未切透两面好，两面差武汉楚天工业12切割表面不精密气压太高喷嘴损坏了喷嘴直径太大材料不好减小气压更换喷嘴安装合适的喷嘴使用表面平滑均匀的材料无毛刺，牵引线倾斜 切口在底部变得更狭窄进给速率太高减小进给速率缺陷结构钢：用02切割非常粗糙的切割表面可能原因排除气压太高 进给速率太低焦点太高 板材表面有锈 加工的工件过热材料不纯减小气压 增加进给速率降低焦点 使用质量更好的材料焦点太高 气压太高 进给速率太低材料太热降低焦点 减小气压 增加

14、进给速率冷却材料不锈钢：用N2高压切割缺陷可能原因解决办法产生点滴状的细小规则毛刺两边都产生长的不规则的细丝状毛刺，大板材的表面变色焦点太低进给速率太高抬咼焦点减小进给速率进给速率太低焦点太高气压太低增加进给速率降低焦点加大气压武汉楚天工业13喷嘴未对中焦点太高气压太低速度太低对中喷嘴降低焦点加大气压提高速度进给速率太高功率太低焦点太低进给速率太高功率太低减小进给速率增加功率抬咼焦点减小进给速率增加功率抬咼焦点减小角度公差减小调制或加速度不锈钢：用N2高压切割加速度太高焦点太低熔化的材料未能排出喷嘴损坏了透镜脏了减小加速度抬咼焦点穿圆孑L更换喷嘴清洗透镜，如果需要就更换功率太低进给速率过大气压

15、太高增加功率减小进给速率减小气压铝合金：用N2高压切割激光设备有限公司材料太热冷却材料氮气里含有氧气杂质使用质量好的氮气拐角处产生等离子体焦点太低角度公差太高调制太咼加速度太高光束在开始处发散切口粗糙只在切割边缘的一边产生长的不规则的毛刺在直线截面上产生等离子体光束分散材料从上面排出武汉楚天工业14焦点太高气压太低进给速率太低降低焦点加大气压增加进给速率两边都产生长的不规则的毛刺，可手工第五章注意事项为了达到最佳加工质量，请遵守以下指示:精密调整机床按照维护计划进行维护遵照上述要求加工工件表面无铁锈或氧化皮（酸洗过的或平滑的）参数与材料和板材规格匹配预设互相关联的参数当注意到加工质量降低时，检查以下因数：缺陷两边都产生长的不规则的细丝状毛刺,可能原因解决办法除去进给速率太低增加进给速率切口粗糙喷嘴直径太大喷嘴损坏了气压太高安装合适的喷嘴更换喷嘴减小气压产生细小的有规则的毛刺，很难除去焦点太低进给速率太高抬咼焦点减小进给速率在直线截面上产生等离子体光束分散进给速率太高焦点太低进给速率