武漢楚天工業(yè)激光設(shè)備有限公司第一章 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氣流把熔化的材料噴射出去。因為材料的轉(zhuǎn)移只發(fā)生在其液態(tài)情況下，所以該過程被稱作激光熔化切割。 激光光束配上高純惰性切割氣體促使熔化的材料離開割縫，而氣體本身不參于切割。激光熔化切割可以得到比氣化切割更高的切割速度。氣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。最大切割速度隨著激光功率的增加而增加，隨著板材厚度的增加和材料熔化溫度的增加而幾乎反比例地減小。在激光功率一定的情況下，限制因數(shù)就是割縫處的氣壓和材料的熱傳導(dǎo)率。激光熔化切割對于鐵制材料和鈦金屬可以得到無氧化切口。產(chǎn)生熔化但不到氣化的激光功率密度，對于鋼材料來說，在104W/cm2105 W/cm2之間。1.2 激光火焰切割激光火焰切割與激光熔化切割的不同之處在于使用氧氣作為切割氣體。借助于氧氣和加熱后的金屬之間的相互作用，產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)使材料進一步加熱。由于此效應(yīng)，對于相同厚度的結(jié)構(gòu)鋼，采用該方法可得到的切割速率比熔化切割要高。另一方面，該方法和熔化切割相比可能切口質(zhì)量更差。實際上它會生成更寬的割縫、明顯的粗糙度、增加的熱影響區(qū)和更差的邊緣質(zhì)量。激光火焰切割在加工精密模型和尖角時是不好的（有燒掉尖角的危險）?？梢允褂妹}沖模式的激光來限制熱影響。所用的激光功率決定切割速度。在激光功率一定的情況下，限制因數(shù)就是氧氣的供應(yīng)和材料的熱傳導(dǎo)率。1.3 激光氣化切割在激光氣化切割過程中，材料在割縫處發(fā)生氣化，此情況下需要非常高的激光功率。為了防止材料蒸氣冷凝到割縫壁上，材料的厚度一定不要大大超過激光光束的直徑。該加工因而只適合于應(yīng)用在必須避免有熔化材料排除的情況下。該加工實際上只用于鐵基合金很小的使用領(lǐng)域。該加工不能用于，象木材和某些陶瓷等，那些沒有熔化狀態(tài)因而不太可能讓材料蒸氣再凝結(jié)的材料。另外，這些材料通常要達到更厚的切口。在激光氣化切割中，最優(yōu)光束聚焦取決于材料厚度和光束質(zhì)量。激光功率和氣化熱對最優(yōu)焦點位置是有一定的影響。在板材厚度一定的情況下，最大切割速度反比于材料的氣化溫度。所需的激光功率密度要大于108W/cm2，并且取決于材料、切割深度和光束焦點位置。在板材厚度一定的情況下，假設(shè)有足夠的激光功率，最大切割速度受到氣體射流速度的限制。第二章 加工過程“加工過程”指激光光束、加工氣體和工件之間的相互作用。2.1切割過程該過程發(fā)生的區(qū)域是切割之前。作用在該切割之前的激光必須加熱工件到把材料熔化和氣化所需的溫度。切割平面由一個幾乎垂直的平面組成，該平面被吸收的激光輻射加熱并熔化。在激光火焰切割中，該熔化區(qū)被進入割縫的氧氣流進一步加熱，達到接近沸點的溫度。產(chǎn)生的氣化把材料移走。同時，借助于加工氣體，液化材料從工件下部排出。在激光熔化切割中，液化材料隨氣體排出，該氣體也保護割縫以防氧化。連續(xù)的熔化區(qū)沿著切割方向逐漸滑移。因而得到一條連續(xù)割縫。激光切割過程的許多重要活動發(fā)生在該區(qū)域。對這些活動的分析可以得到激光切割的重要信息。這樣，就可以計算切割速度并解釋牽引線特性的形成。2.2材料特性在工件上進行切割活動的結(jié)果可能是整潔的切口，或者相反，邊緣粗糙或過燒。影響切割質(zhì)量最重要的因數(shù)是：合金成份材料的微觀結(jié)構(gòu)表面質(zhì)量表面粗糙度表面處理光束反射熱傳導(dǎo)率熔點熱熔解氣化溫度合金成份合金成份在一定程度上影響著材料的強度、比重、可焊接性、抗氧化能力和酸性。鐵合金材料中的一些重要元素有：碳、鉻、鎳、鎂和鋅。碳含量越高，材料越難切（臨界值認(rèn)為是含碳0.8）。以下型號碳鋼用激光切割效果是很好的：St 37-2，StW 22，DIN 1.203。材料的基本微觀結(jié)構(gòu)一般來說，組成材料的顆粒越細(xì)，切割邊緣的質(zhì)量越好。表面質(zhì)量和粗糙度如果表面有生銹區(qū)域或氧化層，那么切割的輪廓將不規(guī)則并出現(xiàn)許多破損點。如果要切割波紋板，就選擇最大厚度切割參數(shù)。表面處理最常用的表面處理有鍍鋅、聚焦鍍鋅、涂漆、陽極電鍍或覆蓋分層塑料膠片。用鋅處理過的板材易于在邊緣出現(xiàn)掛渣。對于涂漆的板材，切割質(zhì)量依賴于所涂產(chǎn)品成份的組成。如何進行涂漆材料的加工：第一趟選擇一組功率小（雕刻）的用于對處理表面作預(yù)燒打標(biāo)的參數(shù)。 第二趟選擇一組用于材料切割的參數(shù)。有分層材料涂層的板材非常適合激光切割。為了使電容式探測無故障工作，讓分層涂層得到最優(yōu)粘合，（避免產(chǎn)生浮泡），分層邊必須總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決于基本材料、表面粗糙度和處理。一些鋁合金、銅、黃銅和不銹鋼板材具有高反射率的特點。切割這些材料時，要特別注意調(diào)節(jié)好焦點位置。熱傳導(dǎo)率焊接時，低熱傳導(dǎo)率的材料，和高熱傳導(dǎo)率的材料相比，需要更小的功率。比如，對于鉻鎳合金鋼，所需的功率要小于結(jié)構(gòu)鋼的，對加工產(chǎn)生的熱的吸收也更少。另一方面，比如銅、鋁和黃銅這些材料散失掉一大部分通過吸收激光產(chǎn)生的熱。因為熱從光束目標(biāo)點處傳導(dǎo)開了，所以熱影響區(qū)的材料更難熔化了。熱影響區(qū)激光火焰切割和激光熔化切割會導(dǎo)致切割材料邊緣區(qū)域發(fā)生材料變異。關(guān)于熱影響區(qū)域的范圍與基本材料和材料厚度的之間關(guān)系，下表列出了一些參考數(shù)值。材料厚度mm熱影響區(qū)域 mmSt 37碳鋼鋁10.050.050.1020.100.100.2030.150.150.3040.200.350.4050.250.340.5060.300.550.6080.400.750.70100.500.85-120.60-當(dāng)加工低碳鋼或無氧鋼時，熱影響區(qū)的淬火減少了。對于高碳鋼（比如Ck60），會出現(xiàn)邊緣區(qū)域變硬的現(xiàn)象。對于硬軋鋁合金，熱影響區(qū)甚至?xí)绕溆嗖糠稚晕④浺恍?.3不同材料的可加工性結(jié)構(gòu)鋼該材料用氧氣切割時會得到較好的結(jié)果。使用CW模式激光。當(dāng)加工非常小的曲線控制系統(tǒng)改變進給速率時，它通過調(diào)節(jié)使激光功率和軸進給速率相適應(yīng)。當(dāng)用氧氣作為加工氣體時，切割邊緣會輕微氧化。對于厚度達4mm的板材，可以用氮氣作為加工氣體進行高壓切割。這種情況下，切割邊緣不會被氧化。復(fù)雜輪廓和小孔（直徑小于材料厚度）應(yīng)該用脈沖模式切割。這樣可以避免切掉尖角。碳含量越高，切割邊緣越易淬火，拐角越易過燒。合金含量高的板材比低的更難切割。氧化或噴砂處理過的表面會得到更差的切割質(zhì)量。板材表面的余熱對切割結(jié)果有負(fù)面影響。厚度在10mm以上的板材，對激光器使用特殊極板并且在加工中給工件表面涂油可以得到較好的效果。油膜減少熔渣粘到表面并極大地幫助切割。油膜不影響切割活動的效果。為了消除張力，只切割經(jīng)二次處理過的鋼板。沸騰條件下熔化鋼鐵中的不純成份實際上對切割結(jié)果有很大影響。為了切割表面潔凈的結(jié)構(gòu)鋼，須遵循以下提示：Si0.04：首選，激光加工很好Si <0.25：某些情況下會得到稍微差點的切口Si >0.25：不適合激光切割，可能會得到更差的或不一致的結(jié)果。注意：對于達到St52的鋼鐵，按照DIN標(biāo)準(zhǔn)的容許量為Si0.55。該指標(biāo)對于激光加工來說太不精確了。不銹鋼切割不銹鋼需要：使用氧氣，在邊緣氧化不要緊的情況下。使用氮氣以得到無氧化無毛刺的邊緣，就不需要再作處理了。用可能得到的高激光功率，同時采用高壓氮氣，比用氧氣可能會得到相當(dāng)?shù)幕蚋叩那懈钏俣?。為了用氮氣?mm以上的不銹鋼，并且無毛刺，調(diào)節(jié)焦點位置是必要的。重新設(shè)焦點位置并降低速度，就可能得到潔凈的切口，當(dāng)然無法避免小毛刺。在板材表面涂層油膜會得到更好的穿孔效果，而不降低加工質(zhì)量。對于不銹鋼，請選擇：氧氣切割：對于5mm以上的厚板材，降低進給速度，激光采用脈沖模式。對于穿孔和切割采用同樣的噴嘴高度。鋁鋁及其合金更適宜用連續(xù)模式切割。盡管有高反射率和熱傳導(dǎo)性，厚度6mm以下的鋁材可以切割，這取決于合金類型和激光器能力。鋁可以用氧切割或高壓氮切割：當(dāng)用氧切割時，切割表面粗糙而堅硬。只產(chǎn)生一點火焰，但卻難以消除。用氮氣時，切割表面平滑。當(dāng)加工3mm以下的板材時，通過最優(yōu)調(diào)整后可以得到事實上無毛刺的切口。對于更厚的板材，會產(chǎn)生難以去除的毛刺。純鋁因為其高純非常難切割。合金含量越高，材料越易切割。建議：只有在系統(tǒng)上安裝有“反射吸收”裝置的時候才能切割鋁材。否則反射會毀壞光學(xué)組件。鈦鈦板材用氬氣和氮氣作為加工氣體來切割。其它參數(shù)可以參考鎳鉻鋼。銅和黃銅兩種材料都具有高反射率和非常好的熱傳導(dǎo)性。厚度1mm以下的黃銅可以用氮氣切割。厚度2mm以下的銅可以切割，加工氣體必須用氧氣。建議：只有在系統(tǒng)上安裝有“反射吸收”裝置的時候才能切割銅和黃銅。否則反射會毀壞光學(xué)組件。合成材料 危險：切割合成材料時要牢記切割的危險和可能排放的危險物質(zhì)?？杉庸さ暮铣刹牧嫌校簾崴苄运芰稀嵊不牧虾腿嗽煜鹉z。用激光切割機來加工PVC或聚乙烯是不行的，因為釋放的氣體是有毒的。對于這兩種材料，最好使用水壓切割。丙烯酸玻璃可以用激光切割。氮氣用作加工氣體，氣壓必須低于0.5bar。這樣可以得到平滑的切割表面。有機物危險：在所有有機物切割中都存在著著火的危險（用氮氣作為加工氣體，也可以用壓縮空氣作為加工氣體）。木材、皮革、紙板和紙可以用激光切割。切割邊緣會燒焦（褐色）。進給速度越高，碳化越少。當(dāng)加工膠合板時，不可能保證會有潔凈的切口，因為每層膠根據(jù)其類型和種類而成份不同。其它材料有關(guān)您感興趣的其它材料的信息可以從我公司的用戶工程服務(wù)部門得到。材料的可切割厚度（生產(chǎn)值mm）最大可以切割的厚度只在最優(yōu)的機床和參數(shù)調(diào)整的情況下才有可能 （最大值mm）2.4 激光脈沖模式模式表示符號應(yīng)用例子連續(xù)模式CW低壓切割普通切割高壓切割結(jié)構(gòu)鋼用O2鋁用N2不銹鋼用N2恒定功率切可得到相對精密的切割。門脈沖GP穿孔細(xì)小輪廓以結(jié)構(gòu)鋼為例：輪廓上的小孔小孔直徑為材料厚度的一半細(xì)輪廓超脈沖SP穿孔高反射率的材料銅用N2不銹鋼用O2耐熱的碳鋼用O2增加激光功率用100CW超脈沖（Inox鋁合金用N2）。超強脈沖HP穿孔穿孔時，效果和增加頻率得到的相對：厚板的快速穿孔，有少量碎屑鋅鋼用O22.5 氣體參數(shù)氣體參數(shù)包括：氣體類型氣壓噴嘴直徑和幾何結(jié)構(gòu)氣壓和噴嘴幾何結(jié)構(gòu)決定了邊緣粗糙度和毛刺的生成。加工氣體消耗取決于噴嘴直徑和氣壓。關(guān)于加工氣體的更多信息在“維修保養(yǎng)手冊氣體控制”章節(jié)里。切割氣壓在5bar以下為低壓，達20bar為高壓。常用的切割噴嘴為錐體狀的圓形口。保持噴嘴和工件表面之間的間距盡可能的小是必要的。距離越小，有效沖擊割縫壁的氣體質(zhì)量就越高。經(jīng)常使用0.5到1.5之間的間距。第三章 激光加工3.1穿孔穿孔的參數(shù)值不同于切割的參數(shù)值。連續(xù)模式穿孔優(yōu)點：快速穿孔。缺點：產(chǎn)生穿孔坑。脈沖模式穿孔優(yōu)點：小的穿孔洞。缺點：耗時注意：板材厚度（mm）大約對應(yīng)于穿孔時間（s）。 如果板材切掉的部分和剩余部分都要，就直接在輪廓上使用脈沖穿孔功能。3.2碳鋼的起切和結(jié)束切穿孔通常用CW模式。該類型穿孔更快，但它產(chǎn)生一個比用脈沖穿孔更大的孔。由于此原因，起切穿孔的位置通常選在輪廓外邊。穿孔和實際輪廓之間的切割長度稱作起切部分。激光光束焦點在起切部分末端和輪廓之間的可能變化，通過工件上切口邊緣的不平，是可以辨別出來的。用戶必須盡可能地把起切部分設(shè)在幾何單元一側(cè)的理想伸展線上。在小表面內(nèi)輪廓情況下，讓穿孔過程中產(chǎn)生的熱在開始切割之前散發(fā)掉非常重要。避免把穿孔設(shè)在狹窄的區(qū)域，而設(shè)成相對輪廓成大角度。這有利于熱散發(fā)。起切長度取決于板材厚度和孔的直徑3.4拐角的加工有半徑的鈍角的加工在可能的地方，避免無半徑的拐角。有半徑拐角與無半徑的相比有以下優(yōu)點：軸移動的動態(tài)性能更好熱影響區(qū)減少毛刺的產(chǎn)生更少最優(yōu)倒圓半徑：R最優(yōu)板材厚度（mm）除以10，但不小于1mm當(dāng)內(nèi)板材上要求無半徑拐角時，最大半徑：R邊緣切口寬度的一半有了這種光束，仍然可以產(chǎn)生無半徑的拐角，而現(xiàn)在，軸動態(tài)地移動：薄板上的尖角采用孔眼在薄板上高速切割時，建議使用孔眼技術(shù)。這種解決方法有以下優(yōu)點：軸以固定的方向變化經(jīng)過尖角。工件本身以恒速切割。減少了拐角處的熱影響。第四章 工藝試驗4.1脈沖模式切割對某些模型使用脈沖模式激光切割。1到6mm厚的板材切割速率大約比CW模式低601到6mm厚的板材更適合脈沖切割另一方面，8到12mm的板材用脈沖模式更難加工不要用脈沖模式切割內(nèi)部工件4.2 無氧化切割不銹鋼對于孔和其它剪切塊，推薦把從起切到加工輪廓的過渡塊設(shè)為適當(dāng)?shù)膱A弧。4.3無氧化切割木材和鋁孔的起切起切的長度取決于板材厚度和孔的直徑。4.4柵格柵條可以由不同的金屬造成。銅柵條壽命最長，因為它對熱應(yīng)力抵抗力最強。熔渣很容易去掉。銅的高反射率對于切割薄板和小孔（孔不精確）或無氧化切割（產(chǎn)生等離子體，干擾光束）有負(fù)面影響。碳鋼和V2A是對切割過程干擾最小的材料。碳鋼和V2A柵條可以由客戶自己切割。切割的設(shè)計在PC機的硬盤上。柵條的壽命取決于加工過程中所用的激光功率。碳鋼的優(yōu)點：經(jīng)濟V2A的優(yōu)點：由于此材料的類型，濺射的材料不會氧化到柵格上。建議：用O2切割柵條。4.5評估切口 結(jié)構(gòu)鋼：用O2切割缺陷可能原因解決辦法無毛刺，牽引線一致功率合適進給速率合適底部的牽引線有很大的偏移，底部的切口更寬進給速率太高激光功率太低氣壓太低焦點太高減小進給速率增加激光功率加大氣壓降低焦點底面上的毛刺類似熔渣，成點滴狀并容易除去進給速率太高氣壓太低焦點太高減小進給速率加大氣壓降低焦點連在一起的金屬毛刺可以作為一整塊被除去焦點太高降低焦點底面上的金屬毛刺很難除去進給速率太高氣壓太低氣體不純焦點太高減小進給速率加大氣壓使用更純的氣體降低焦點只在一邊上有毛刺噴嘴對中不正確噴嘴口有缺陷對中噴嘴換噴嘴結(jié)構(gòu)鋼：用O2切割缺陷可能原因排除材料從上面排出功率太低進給速率太高增加功率減小進給速率傾斜面切割兩面好，兩面差極化反射鏡不合適，安裝不正確或有缺陷極化反射鏡安裝在了偏轉(zhuǎn)鏡的位置檢查極化反射鏡檢查偏轉(zhuǎn)鏡藍色等離子體，工件未切透加工氣體錯誤（N2）進給速率太高功率太低使用氧氣作為加工氣體減小進給速率增加功率切割表面不精密氣壓太高噴嘴損壞了噴嘴直徑太大材料不好減小氣壓更換噴嘴安裝合適的噴嘴使用表面平滑均勻的材料無毛刺，牽引線傾斜切口在底部變得更狹窄進給速率太高減小進給速率結(jié)構(gòu)鋼：用O2切割缺陷可能原因排除產(chǎn)生彈坑氣壓太高進給速率太低焦點太高板材表面有銹加工的工件過熱材料不純減小氣壓增加進給速率降低焦點使用質(zhì)量更好的材料非常粗糙的切割表面焦點太高氣壓太高進給速率太低材料太熱降低焦點減小氣壓增加進給速率冷卻材料不銹鋼：用N2高壓切割缺陷可能原因解決辦法產(chǎn)生點滴狀的細(xì)小規(guī)則毛刺焦點太低進給速率太高抬高焦點減小進給速率兩邊都產(chǎn)生長的不規(guī)則的細(xì)絲狀毛刺，大板材的表面變色進給速率太低焦點太高氣壓太低材料太熱增加進給速率降低焦點加大氣壓冷卻材料只在切割邊緣的一邊產(chǎn)生長的不規(guī)則的毛刺噴嘴未對中焦點太高氣壓太低速度太低對中噴嘴降低焦點加大氣壓提高速度切割邊緣發(fā)黃氮氣里含有氧氣雜質(zhì)使用質(zhì)量好的氮氣在直線截面上產(chǎn)生等離子體進給速率太高功率太低焦點太低減小進給速率增加功率抬高焦點光束分散進給速率太高功率太低焦點太低減小進給速率增加功率抬高焦點拐角處產(chǎn)生等離子體角度公差太高調(diào)制太高加速度太高減小角度公差減小調(diào)制或加速度不銹鋼：用N2高壓切割光束在開始處發(fā)散加速度太高焦點太低熔化的材料未能排出減小加速度抬高焦點穿圓孔切口粗糙噴嘴損壞了透鏡臟了更換噴嘴清洗透鏡，如果需要就更換材料從上面排出功率太低進給速率過大氣壓太高增加功率減小進給速率減小氣壓鋁合金：用N2高壓切割缺陷可能原因解決辦法兩邊都產(chǎn)生長的不規(guī)則的細(xì)絲狀毛刺，很難除去焦點太高氣壓太低進給速率太低降低焦點加大氣壓增加進給速率兩邊都產(chǎn)生長的不規(guī)則的毛刺，可手工除去進給速率太低增加進給速率切口粗糙噴嘴直徑太大噴嘴損壞了氣壓太高安裝合適的噴嘴更換噴嘴減小氣壓產(chǎn)生細(xì)小的有規(guī)則的毛刺，很難除去焦點太低進給速率太高抬高焦點減小進給速率在直線截面上產(chǎn)生等離子體進給速率太高焦點太低減小進給速率抬高焦點光束分散進給速率太高減小進給速率拐角處產(chǎn)生等離子體角度公差太高調(diào)制太高加速度太高減小角度公差減小調(diào)制或加速度光束在開始處發(fā)散進場速度太高焦點太低減小進場速度抬高焦點切口粗糙噴嘴損壞了更換噴嘴材料從上面排出功率太低進給速率過大增加功率減小進給速率第五章 注意事項為了達到最佳加工質(zhì)量，請遵守以下指示：精密調(diào)整機床按照維護計劃進行維護遵照上述要求加工工件表面無鐵銹或氧化皮（酸洗過的或平滑的）參數(shù)與材料和板材規(guī)格匹配預(yù)設(shè)互相關(guān)聯(lián)的參數(shù)當(dāng)注意到加工質(zhì)量降低時，檢查以下因數(shù)：1. 參數(shù)2. 加工頭3. 光束路徑4. 激光器參數(shù)不要修改機床購買時設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)。為優(yōu)化過的參數(shù)創(chuàng)建一個新的目錄。如果加工質(zhì)量惡化了，就檢查看存在機器上的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)相對優(yōu)化的參數(shù)是否已經(jīng)有了實質(zhì)性的改變。16