激光气化及切割应用精选PPT.ppt

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1、设计：李波关于激光气化及切割关于激光气化及切割应用应用第1页，讲稿共34张，创作于星期二设计：李波3.63.6、激光切割技术、激光切割技术1 1、激光切割的原理及分类、激光切割的原理及分类2 2、激光切割的影响因素、激光切割的影响因素3 3、激光切割系统、激光切割系统4 4、激光切割的特点、激光切割的特点5 5、激光切割的典型应用、激光切割的典型应用第2页，讲稿共34张，创作于星期二设计：李波1 1、激光切割的原理、激光切割的原理 激光切割是利用聚焦的高功率激光切割是利用聚焦的高功率密度激光束照射工件，在超过密度激光束照射工件，在超过激激光域值光域值的激光功率密度的前提的激光功率密度的前提下，

2、下，激光束的能量激光束的能量以及活性气体以及活性气体辅助切割过程所附加的辅助切割过程所附加的化学反应热化学反应热能能全部被材料吸收，由此引起全部被材料吸收，由此引起激光作用点的温度急剧上升。激光作用点的温度急剧上升。达到达到沸点沸点后材料开始后材料开始汽化汽化，并形，并形成成孔洞孔洞，随着光束与工件的，随着光束与工件的相对相对运动运动，最终使材料形成，最终使材料形成切缝切缝，切缝处的切缝处的熔渣熔渣被一定的辅助气被一定的辅助气体体吹除吹除。激光切割可分为激光切割可分为汽化切割汽化切割，熔化切割熔化切割和和氧助燃切割氧助燃切割。以氧助。以氧助燃切割为应用最广。从切割不燃切割为应用最广。从切割不同

3、材料可分为同材料可分为金属激光切割金属激光切割和和非金属激光切割非金属激光切割。Cutting directionAssistant gasnozzleSpace between nozzle&workpieceMelt materialCutting slotGas flow第3页，讲稿共34张，创作于星期二设计：李波(1)(1)汽化切割汽化切割 汽化切割是激光束加热工件至沸点以上的温度，部分材料以蒸汽汽化切割是激光束加热工件至沸点以上的温度，部分材料以蒸汽形式逸出，部分材料作为喷射物从切割底部吹走，其所需的激光切割形式逸出，部分材料作为喷射物从切割底部吹走，其所需的激光切割能量是能量是熔化

4、切割的熔化切割的1010倍倍。其机制如下：其机制如下：激光加热材料，部分反射，部分吸收，材料反射激光加热材料，部分反射，部分吸收，材料反射率随温度升高而下降。率随温度升高而下降。激光作用区温升快，足以避免热传导造成激光作用区温升快，足以避免热传导造成熔化。熔化。蒸汽从工件表面以近似声速飞快逸出。蒸汽从工件表面以近似声速飞快逸出。汽化切割只应用于那些汽化切割只应用于那些不能熔化的木材，塑料和碳素不能熔化的木材，塑料和碳素等材料。等材料。飞秒激光切割飞秒激光切割属于气化切割属于气化切割.第4页，讲稿共34张，创作于星期二设计：李波(2)(2)熔化切割熔化切割 熔化切割是当激光束功率密度超过一定值时

5、，工熔化切割是当激光束功率密度超过一定值时，工件内部蒸发形成孔洞，然后与光轴式吹以辅助惰性件内部蒸发形成孔洞，然后与光轴式吹以辅助惰性气体，把孔洞周围的熔融材料驱除带走。气体，把孔洞周围的熔融材料驱除带走。熔化切割的机制为：熔化切割的机制为：激光束照射工件，除反射激光束照射工件，除反射外其余能量加热材料并蒸发成小孔。外其余能量加热材料并蒸发成小孔。一旦小孔形一旦小孔形成，它以黑体全部吸收光能，小孔被熔化金属壁所包成，它以黑体全部吸收光能，小孔被熔化金属壁所包围，依靠蒸汽流高速流动使熔壁保持相对稳定。围，依靠蒸汽流高速流动使熔壁保持相对稳定。熔化等温线贯穿工件，依靠辅助吹气将熔化材料吹走。熔化等

6、温线贯穿工件，依靠辅助吹气将熔化材料吹走。随工件的移动，小孔横移一条切缝。随工件的移动，小孔横移一条切缝。第5页，讲稿共34张，创作于星期二设计：李波(3)(3)氧助熔化切割氧助熔化切割氧助熔化切割的机理是：氧助熔化切割的机理是：在激光照射下，材料达到在激光照射下，材料达到TmTm温度，随之与氧接触，发生剧烈燃烧温度，随之与氧接触，发生剧烈燃烧反应，放出大量热量，在激光和此热量共同作用下材料内部形成充满蒸反应，放出大量热量，在激光和此热量共同作用下材料内部形成充满蒸汽的小孔，小孔周围被熔融气体包围；汽的小孔，小孔周围被熔融气体包围；蒸汽流动使周围熔融金属壁向前移动，并发生热量和物质转移；蒸汽流

7、动使周围熔融金属壁向前移动，并发生热量和物质转移；氧和金属的燃烧速度受燃烧物质转换成熔渣的限制，氧气扩散通氧和金属的燃烧速度受燃烧物质转换成熔渣的限制，氧气扩散通过熔渣达到点火前沿的速度，氧气流速越高，燃烧的化学反应越快；过熔渣达到点火前沿的速度，氧气流速越高，燃烧的化学反应越快；在未达到燃烧温度的区域，氧气流作为冷却，缩小切割在未达到燃烧温度的区域，氧气流作为冷却，缩小切割热影响区。热影响区。氧助切割存在氧助切割存在激光辐射和化学反应热激光辐射和化学反应热两个热源。两个热源。第6页，讲稿共34张，创作于星期二设计：李波2 2、激光切割的影响因素、激光切割的影响因素（1 1）材料特性）材料特性

8、（2 2）激光模式）激光模式（3 3）切割速度）切割速度（4 4）焦点位置）焦点位置（5 5）辅助气体压力）辅助气体压力除了以上除了以上4 4个最重要的变量以外，可能对切割质量产生影响的因素还包括光个最重要的变量以外，可能对切割质量产生影响的因素还包括光束参数（束参数（模式和功率模式和功率、激光束的偏振激光束的偏振、激光束的聚焦激光束的聚焦、脉冲波光束脉冲波光束）和和工件特性工件特性（材料表面反射率、材料表面状态），以及割炬和喷嘴、（材料表面反射率、材料表面状态），以及割炬和喷嘴、外光路系统、工件固定等其他因素。外光路系统、工件固定等其他因素。第7页，讲稿共34张，创作于星期二设计：李波(1)

9、(1)材料特性材料特性第8页，讲稿共34张，创作于星期二设计：李波（2）激光横向模式Gaussian modeLow-order modeMultimodeSurface heat treatmentCutting or welding第9页，讲稿共34张，创作于星期二设计：李波激光输出方式-PRC第10页，讲稿共34张，创作于星期二设计：李波(3)(3)激光功率与切割速度激光功率与切割速度 对于一定板厚，通常激光切割速对于一定板厚，通常激光切割速度随激光功率呈线形增加。度随激光功率呈线形增加。第11页，讲稿共34张，创作于星期二设计：李波 切缝宽度和热影切缝宽度和热影响区均随激光切速响区均随

10、激光切速的增加而减少，并的增加而减少，并且切缝下表面的宽且切缝下表面的宽度和热影响区最小。度和热影响区最小。对于中碳钢，最好对于中碳钢，最好的切割质量和最小的切割质量和最小的热影响区为的热影响区为P/VP/V70J.mm70J.mm-1-1。第12页，讲稿共34张，创作于星期二设计：李波（4 4）切割粗糙度）切割粗糙度 对于金属激光切割的对于金属激光切割的切口粗糙度，一般是切口粗糙度，一般是上半段最好，中段次上半段最好，中段次之，下段较差。切口之，下段较差。切口粗糙度与切割的切口粗糙度与切割的切口有关。有关。第13页，讲稿共34张，创作于星期二设计：李波（5 5）焦点位置对表面粗糙度的影响）焦

11、点位置对表面粗糙度的影响 工件至聚焦透镜的距离与焦距的比值工件至聚焦透镜的距离与焦距的比值a0a0在在0.988 a0 0.988 a0 1.0031.003范围。例如，激光切割范围。例如，激光切割2.3mm2.3mm的低碳钢板时，采用负离焦的低碳钢板时，采用负离焦0.30.3至至0.7mm0.7mm为佳为佳 。第14页，讲稿共34张，创作于星期二设计：李波（6 6）聚焦镜）聚焦镜第15页，讲稿共34张，创作于星期二设计：李波（7 7）喷嘴直径与切割速度的关系）喷嘴直径与切割速度的关系 氧气流应以超声速氧气流应以超声速的收敛型气流最好，以的收敛型气流最好，以免切口下段扩大。免切口下段扩大。对某

12、种具体激光切割存对某种具体激光切割存在一个最佳的喷嘴直径。在一个最佳的喷嘴直径。在作者的实验条件下，在作者的实验条件下，喷嘴直径以喷嘴直径以1.5mm1.5mm最好。最好。第16页，讲稿共34张，创作于星期二设计：李波（8 8）吹氧压力的影响）吹氧压力的影响 在不同激光功率在不同激光功率及不同厚度情况，及不同厚度情况，吹氧压力也存在一吹氧压力也存在一个最佳值。个最佳值。第17页，讲稿共34张，创作于星期二设计：李波（9 9）激光偏振态对激光切割的影响）激光偏振态对激光切割的影响由图中可看到，采用圆偏振光，切口平直，与切割方向无关由图中可看到，采用圆偏振光，切口平直，与切割方向无关 。切割系统一

13、般加切割系统一般加4545度反射的圆偏振镜。度反射的圆偏振镜。第18页，讲稿共34张，创作于星期二设计：李波3 3、激光切割特点、激光切割特点质量优势质量优势 技术特质技术特质 实际应用实际应用 1 1切切割割缝缝边边缘缘热热影响区小影响区小 激激光光切切割割需需要要的的总能量少总能量少 大大型型电电机机硅硅钢钢铁铁芯下料芯下料 2 2激激光光切切割割的的切切缝窄小缝窄小 激激光光切切割割的的能能量量高度集中高度集中 石石油油管管的的过过滤滤缝缝切割切割 3 3切切割割精精度度高高、工件变形小工件变形小 激激光光聚聚焦焦光光斑斑的的直径小直径小 汽汽缸缸垫垫的的切切割割成成型型 4 4切切割割

14、的的重重复复性性好，误差小好，误差小 数控精密切割数控精密切割 切切割割复复杂杂形形状状的的零件零件 5 5激激光光切切割割面面清清洁洁,不挂渣不挂渣 切切割割的的物物理理冶冶金金过程完善过程完善 装潢用切割成型装潢用切割成型 金刚石锯片切割金刚石锯片切割第19页，讲稿共34张，创作于星期二设计：李波第20页，讲稿共34张，创作于星期二设计：李波第21页，讲稿共34张，创作于星期二设计：李波（2）PRC STS 轴快流 CO2 laser from U.S.TEM00Mode(高斯模式)1000-3000WattsDMode(DimodalBeam)1000-4000WattsQMode(Qu

15、adramodalBeam)2500-6000WattsSTS1000 STS1500 STS1800 STS2000 STS2200 STS2500 STS3000 STS3500 STS4000 STS5000 FH6000Type:第22页，讲稿共34张，创作于星期二设计：李波(3)华工恒信Lance 轴快流激光器LANCE Series Fast Flow CO2 Lasers Laser Mode TEM00+01(1000-4000Watts)第23页，讲稿共34张，创作于星期二设计：李波CNC 控制系统Self-righting systemMoving work station

16、Hand-hold telecontrolIllumination of work areaChinese Windows circumstance Function of re-trackModem diagnose and maintainFar space diagnose and service Expert cutting apparatus systemDialogic figure display and editgrating holding systemInner mistake notesMultitask working availableAlarm equipmentF

17、igure store and so on第24页，讲稿共34张，创作于星期二设计：李波激光切割过程激光切割过程第25页，讲稿共34张，创作于星期二设计：李波激光切割录像激光切割录像第26页，讲稿共34张，创作于星期二设计：李波激光切割样品激光切割样品1 1第27页，讲稿共34张，创作于星期二设计：李波激光切割样品激光切割样品2 2第28页，讲稿共34张，创作于星期二设计：李波激光切割组合木板激光切割组合木板第29页，讲稿共34张，创作于星期二设计：李波激光切割消音金刚石锯片激光切割消音金刚石锯片第30页，讲稿共34张，创作于星期二设计：李波激光切割消音金刚石锯片激光切割消音金刚石锯片第31页，讲稿共34张，创作于星期二设计：李波锯片基体激光切割优化工艺参数第32页，讲稿共34张，创作于星期二设计：李波第33页，讲稿共34张，创作于星期二设计：李波感谢大家观看第34页，讲稿共34张，创作于星期二