雷射切割技術的明顯優點是:
(1)切割速度快 例如採用2kW雷射功率,8mm厚的碳鋼切割速度為1.6m/min;2mm厚的不鏽鋼切割速度為3.5m/min,熱影響區小,變形極小。
(2)切割質量好 切口寬度窄(一般為0.1~0.5mm)、精度高(一般孔中心距誤差0.1~0.4mm,輪廓尺寸誤差0.1~0.5mm)、切口表面粗糙度好(一般為12.5~25μm),切縫一般不需要再加工即可焊接。
(3)從技術經濟角度不宜製造模具的金屬鈑金件,特別是輪廓形狀複雜,批量不大,一般厚度小於12mm的低碳鋼、小於6mm厚的不鏽鋼,以節省製造模具的成本與周期。
(4)清潔、安全、無汙染。
雷射切割中常見問題及解決辦法
1.切割穿孔技術
任何一種熱切割技術,除少數情況可以從板邊緣開始外,一般都必須在板上穿一個小孔。之前在雷射衝壓複合機上是用衝頭先衝出一個孔,然後再用雷射從小孔處開始進行切割。對於沒有衝壓裝置的雷射切割機有兩種穿孔的基本方法:
爆破穿孔——材料經連續雷射的照射後在中心形成一個凹坑,然後由與雷射束同軸的氧流很快將熔融材料去除形成一個孔。一般孔的大小與板厚有關,爆破穿孔平均直徑為板厚的一半,因此對較厚的板爆破穿孔孔徑較大,且不圓,不宜在加工精度要求較高的零件上使用,只能用於廢料上。此外由於穿孔所用的氧氣壓力與切割時相同,飛濺較大。
脈衝穿孔——採用高峰值功率的脈衝雷射使少量材料熔化或汽化,常用空氣或氮氣作為輔助氣體,以減少因放熱氧化使孔擴展,氣體壓力較切割時的氧氣壓力小。每個脈衝雷射只產生小的微粒噴射,逐步深入,因此厚板穿孔時間需要幾秒鐘。一旦穿孔完成,立即將輔助氣體換成氧氣進行切割。這樣穿孔直徑較小,其穿孔質量優於爆破穿孔。為此所使用的雷射器不但應具有較高的輸出功率;更重要的是光束的時間和空間特性,因此一般橫流CO2雷射器不能適應雷射切割的要求。此外脈衝穿孔還須要有較可靠的氣路控制系統,以實現氣體種類、氣體壓力的切換及穿孔時間的控制。
在採用脈衝穿孔的情況下,為了獲得高質量的切口,從工件靜止時的脈衝穿孔到工件等速連續切割的過渡技術應加以重視。從理論上講通常可改變加速段的切割條件,如焦距、噴嘴位置、氣體壓力等,但實際上由於時間太短改變以上條件的可能性不大。在工業生產中主要採用改變雷射平均功率的辦法比較現實,具體方法是改變脈衝寬度;改變脈衝頻率;同時改變脈衝寬度和頻率。實際結果表明,第3種效果最好。
2.切割加工小孔(直徑小與板厚)變形情況的分析
這是因為工具機(只針對大功率雷射切割機)在加工小孔時不是採取爆破穿孔的方式,而是用脈衝穿孔(軟穿刺)的方式,這使得雷射能量在一個很小的區域過於集中,將非加工區域也燒焦,造成孔的變形,影響加工質量。這時我們應在加工程序中將脈衝穿孔(軟穿刺)方式改為爆破穿孔(普通穿刺)方式,加以解決。而對於較小功率的雷射切割機則恰好相反,在小孔加工時應採取脈衝穿孔的方式才能取得較好的表面光潔度。
3. 雷射切割低碳鋼時,工件出現毛刺的解決方法
根據CO2雷射切割的工作和設計原理,分析得出以下幾點原因是造成加工件產生毛刺的主要原因:雷射焦點的上下位置不正確,需要做焦點位置測試,根據焦點的偏移量進行調整;雷射的輸出功率不夠,需要檢查雷射發生器的工作是否正常,如果正常,則觀察雷射控制按鈕的輸出數值是否正確,加以調整;切割的線速度太慢,需要在操作控制時加大線速度;切割氣體的純度不夠,需要提供高質量的切割工作氣體;雷射焦點偏移,需要做焦點位置測試,根據焦點的偏移量進行調整;工具機運行時間過長出現的不穩定性,此時需要關機重新啟動。