金属激光切割:激光切割难在哪些地方
对于10mm以下的钢板,激光切割机不是个问题。而若要切割较厚的钢板,则常要求输出功率大于5kW的大功率激光器,且切割质量明显降低。因为高能激光设备成本较高,输出激光模式对激光切割不利,因此在用传统的激光切割方法切割厚板时,没有优势。对金属切削厚板的技术难点有:
1准稳定燃烧过程的维持较难。
在实际加工过程中,金属激光切割机的厚度有一定的限制,这与切边不能稳定燃烧有密切关系。在燃烧过程中保持连续,切割缝顶部的温度必须达到燃点。仅仅通过铁氧燃烧反应所释放出的能量,并不能保证燃烧过程继续进行。
首先,它是因为切缝被喷嘴喷出的氧流量不断冷却,使切割前沿温度下降;
而燃烧产生的亚铁氧化层则覆盖在工件表面,阻碍了氧气的扩散,当氧浓度下降到一定程度后,就会停止燃烧。
用传统的会聚光束进行激光切割时,激光束与表面接触的区域非常小,由于激光功率密度非常高,因此不仅在激光辐射区域,工件表面温度达到燃点,而且由于传热,较宽的区域达到了燃点温度。受氧气流作用在工件表面上的直径大于激光束外径。结果显示,不仅在激光辐射区,还应在激光辐照下的光斑周边区域发生较强的燃烧反应。
厚钢板切割时,切割速度比较慢,工件表面铁氧的燃烧速度比切削头移动得快。经过一段时间的燃烧,因氧浓度降低,造成燃烧过程停止。在切割头移动到这个位置后,燃烧反应就会再次开始。切削刃前缘的燃烧过程是周期性的,容易引起切边温度波动,使切边质量下降。
2板厚向氧纯度和压力很难保持恒定。
在金属激光切割机中,氧气纯度的降低也是影响切割机切割质量的重要因素。
氧的纯度对切削过程有很大的影响。如果氧气的纯度降低了0.9个百分点,铁氧化物的燃烧率就会降低百分之10,而纯度降低百分之37,则会降低百分之37。燃速下降将大幅降低燃速,使燃烧性差,切削速度减慢,而切削面中液相层铁含量增加,因而熔渣粘稠度增大,造成熔渣排出困难,使切口下切口出现严重的积渣,使切口下切口质量难以接受。
为保证切割稳定进行,要求氧在板厚方向切割氧流量和压力基本上保持不变。在传统的激光切割工艺中,常采用普通锥形喷嘴,这种喷嘴可以满足薄板的切割要求。但是,当厚板切割时,随着供气压力的增大,喷嘴内易形成激波,激波对切割产生很多危害,降低氧流纯度,影响切口质量。
通常有三种方法来解决这个问题:
(1)在切割氧周围加入预热火焰。
(2)在切割氧周围加入辅氧流。
(3)喷嘴内壁的合理设计,改善流场特性。
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