对金属进行激光切割对外加工的主要工艺说明?

  1、汽化切割

  在高功率密度激光束的加热下，材料表面温度上升到沸点温度的速度如此之快，以至于可以避免热传导导致的熔化。因此，一些材料蒸汽消失，一些材料作为喷出物从接缝底部被辅助气体流吹走。一些不可熔化的材料，如木材、碳材料和一些塑料，都是通过这种蒸汽切割方法切割成型的。

  在汽化切割过程中，蒸汽随身携带熔化质点，冲刷碎屑，形成孔洞。在汽化过程中，约40%的材料变成蒸汽消失，60%的材料被气流以熔滴的形式驱走。

  2、熔化切割

  当入射激光束的功率密度超过一定值时，材料内部开始在光束的照射点蒸发，形成孔洞。一旦形成这个小孔，它将吸收所有的入射光束能量作为黑体。小孔被熔化的金属壁包围，然后孔周围的熔融材料被与光束同轴的辅助气流带走。随着工件的移动，小孔沿切割方向同步横向移动，形成一个接缝。激光束继续沿着接缝的前沿照射，熔化材料不断或脉动地从接缝中吹走。

  3、氧化熔化切割

  惰性气体一般用于熔化切割。如果用氧气或其他活性气体代替，材料会在激光束的照射下点燃，与氧气发生激烈的化学反应，产生另一种热源，称为氧化熔化切割。具体描述如下:

  (1)在激光束的照射下，材料表面迅速被加热到燃点温度，然后与氧气发生激烈的燃烧反应，释放大量热量。在这种热量的作用下，材料内部形成一个充满蒸汽的小孔，周围是熔融的金属壁。

  (2)燃烧物质转化为熔渣来控制氧气和金属的燃烧速度。同时，通过熔渣扩散氧气到达点火前沿的速度对燃烧速度也有很大影响。氧气流速越高，燃烧化学反应和去除熔渣的速度越快。当然，氧气流速越高越好，因为流速过快会导致金属氧化物的快速冷却，这也不利于切割质量。

  (3)显然，在氧化熔化切割过程中有两种热源，即激光照射能和氧与金属化学反应产生的热能。据估计，在切割钢材时，氧化反应释放的热量约占切割所需能量的60%。显然，与惰性气体相比，氧作为辅助气体可以获得更高的切割速度。

  (4)如果氧的燃烧速度高于激光束的运动速度，那么在氧化熔化切割过程中，两个热源的氧化熔化切割显得宽而粗糙。如果激光束的运动速度快于氧的燃烧速度，则得到的切割狭窄光滑。

  4、控制断裂切割

  对于易受热损坏的脆性材料，通过激光束加热进行高速可控的切割，称为控制断裂切割。这种切割过程的主要内容是:激光束加热脆性材料的小区域，导致该区域的大热梯度和严重的机械变形，导致材料出现裂缝。激光束可以引导裂缝在任何需要的方向产生，只要保持均衡的加热梯度。

  需要注意的是，这种控制断裂切割不适用于切割锐角和角边的切割。切割非常大的封闭形状不容易成功。控制断裂切割速度快，不需要太高的功率，否则会导致工件表面熔化，破坏切割边缘。其主要控制参数是激光功率和光斑大小。