激光切割机工艺手册之欧阳化创编.docx
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激光切割机工艺手册之欧阳化创编
第一章激光切割办法
时间：
2021.02.06
创作：
欧阳化
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气流把熔化的资料喷射出去。
因为资料的转移只产生在其液态情况下，所以该过程被称作激光熔化切割。
激光光束配上高纯惰性切割气体促使熔化的资料离开割缝，而气体自己不参于切割。
——激光熔化切割可以获得比气化切割更高的切割速度。
气化所需的能量通常高于把资料熔化所需的能量。
在激光熔化切割中，激光光束只被部分吸收。
——最年夜切割速度随着激光功率的增加而增加，随着板材厚度的增加和资料熔化温度的增加而几乎正比例地减小。
在激光功率一定的情况下，限制因数就是割缝处的气压和资料的热传导率。
——激光熔化切割对铁制资料和钛金属可以获得无氧化切口。
——产生熔化但不到气化的激光功率密度，对钢资料来说，在104W/cm2～105W/cm2之间。
1.2激光火焰切割
激光火焰切割与激光熔化切割的不合之处在于使用氧气作为切割气体。
借助于氧气和加热后的金属之间的相互作用，产生化学反响使资料进一步加热。
由于此效应，对相同厚度的结构钢，采取该办法可获得的切割速率比熔化切割要高。
另一方面，该办法和熔化切割相比可能切口质量更差。
实际上它会生成更宽的割缝、明显的粗糙度、增加的热影响区和更差的边沿质量。
——激光火焰切割在加工精密模型和尖角时是欠好的（有烧失落尖角的危险）。
可以使用脉冲模式的激光来限制热影响。
——所用的激光功率决定切割速度。
在激光功率一定的情况下，限制因数就是氧气的供应和资料的热传导率。
1.3激光气化切割
在激光气化切割过程中，资料在割缝处产生气化，此情况下需要很是高的激光功率。
为了避免资料蒸气冷凝到割缝壁上，资料的厚度一定不要年夜年夜超出激光光束的直径。
该加工因而只适合于应用在必须避免有熔化资料排除的情况下。
该加工实际上只用于铁基合金很小的使用领域。
该加工不克不及用于，象木材和某些陶瓷等，那些没有熔化状态因而不太可能让资料蒸气再凝结的资料。
另外，这些资料通常要达到更厚的切口。
——在激光气化切割中，最优光束聚焦取决于资料厚度和光束质量。
——激光功率和气化热对最优焦点位置是有一定的影响。
——在板材厚度一定的情况下，最年夜切割速度正比于资料的气化温度。
——所需的激光功率密度要年夜于108W/cm2，并且取决于资料、切割深度和光束焦点位置。
——在板材厚度一定的情况下，假设有足够的激光功率，最年夜切割速度受到气体射流速度的限制。
第二章加工过程
“加工过程”指激光光束、加工气体和工件之间的相互作用。
2.1切割过程
该过程产生的区域是切割之前。
作用在该切割之前的激光必须加热工件到把资料熔化和气化所需的温度。
切割平面由一个几乎垂直的平面组成，该平面被吸收的激光辐射加热并熔化。
——在激光火焰切割中，该熔化区被进入割缝的氧气流进一步加热，达到接近沸点的温度。
产生的气化把资料移走。
同时，借助于加工气体，液化资料从工件下部排出。
——在激光熔化切割中，液化资料随气体排出，该气体也呵护割缝以防氧化。
连续的熔化区沿着切割标的目的逐渐滑移。
因而获得一条连续割缝。
激光切割过程的许多重要活动产生在该区域。
对这些活动的阐发可以获得激光切割的重要信息。
这样，就可以计算切割速度并解释牵引线特性的形成。
2.2资料特性
在工件上进行切割活动的结果可能是整洁的切口，或者相反，边沿粗糙或过烧。
影响切割质量最重要的因数是：
——合金成分
——资料的微观结构
——概略质量
——概略粗糙度
——概略处理
——光束反射
——热传导率
——熔点
——热熔解
——气化温度
合金成分
合金成分在一定水平上影响着资料的强度、比重、可焊接性、抗氧化能力和酸性。
铁合金资料中的一些重要元素有：
碳、铬、镍、镁和锌。
碳含量越高，资料越难切（临界值认为是含碳0.8％）。
以下型号碳钢用激光切割效果是很好的：
St372，StW22，DIN1.203。
资料的基本微观结构
一般来说，组成资料的颗粒越细，切割边沿的质量越好。
概略质量和粗糙度
如果概略有生锈区域或氧化层，那么切割的轮廓将不规则并呈现许多破损点。
如果要切割波纹板，就选择最年夜厚度切割参数。
概略处理
最经常使用的概略处理有镀锌、聚焦镀锌、涂漆、阳极电镀或笼盖分层塑料胶片。
——用锌处理过的板材易于在边沿呈现挂渣。
——对涂漆的板材，切割质量依赖于所涂产品成分的组成。
如何进行涂漆资料的加工：
第一趟选择一组功率小（雕镂）的用于对处理概略作预烧打标的参数。
第二趟选择一组用于资料切割的参数。
有分层资料涂层的板材很是适合激光切割。
为了使电容式探测无故障工作，让分层涂层获得最优粘合，（避免产生浮泡），分层边必须总是在切割工件的上部。
光束反射
光束在工件概略如何反射取决于基本资料、概略粗糙度和处理。
一些铝合金、铜、黄铜和不锈钢板材具有高反射率的特点。
切割这些资料时，要特别注意调节好焦点位置。
热传导率
焊接时，低热传导率的资料，和高热传导率的资料相比，需要更小的功率。
比方，对铬镍合金钢，所需的功率要小于结构钢的，对加工产生的热的吸收也更少。
另一方面，比方铜、铝和黄铜这些资料散失失落一年夜部分通过吸收激光产生的热。
因为热从光束目标点处传导开了，所以热影响区的资料更难熔化了。
热影响区
激光火焰切割和激光熔化切割会招致切割资料边沿区域产生资料变异。
关于热影响区域的规模与基本资料和资料厚度的之间关系，下表列出了一些参考数值。
资料厚度[mm]
热影响区域[mm]
St37
碳钢
铝
1
0.05
0.05
0.10
2
0.10
0.10
0.20
3
0.15
0.15
0.30
4
0.20
0.35
0.40
5
0.25
0.34
0.50
6
0.30
0.55
0.60
8
0.40
0.75
0.70
10
0.50
0.85
12
0.60
——当加工低碳钢或无氧钢时，热影响区的淬火减少了。
——对高碳钢（比方Ck60），会呈现边沿区域变硬的现象。
——对硬轧铝合金，热影响区甚至会比其余部分稍微软一些。
2.3不合资料的可加工性
结构钢
该资料用氧气切割时会获得较好的结果。
使用CW模式激光。
当加工很是小的曲线控制系统修改进给速率时，它通过调节使激光功率和轴进给速率相适应。
当用氧气作为加工气体时，切割边沿会轻微氧化。
对厚度达4mm的板材，可以用氮气作为加工气体进行高压切割。
这种情况下，切割边沿不会被氧化。
庞杂轮廓和小孔（直径小于资料厚度）应该用脉冲模式切割。
这样可以避免切失落尖角。
——碳含量越高，切割边沿越易淬火，拐角越易过烧。
——合金含量高的板材比低的更难切割。
——氧化或喷砂处理过的概略会获得更差的切割质量。
——板材概略的余热对切割结果有负面影响。
——厚度在10mm以上的板材，对激光器使用特殊极板并且在加工中给工件概略涂油可以获得较好的效果。
油膜减少熔渣粘到概略并极年夜地帮忙切割。
油膜不影响切割活动的效果。
——为了消除张力，只切割经二次处理过的钢板。
沸腾条件下熔化钢铁中的不纯成分实际上对切割结果有很年夜影响。
——为了切割概略洁净的结构钢，须遵循以下提示：
·Si≤0.04％：
首选，激光加工很好
·Si<0.25％：
某些情况下会获得稍微差点的切口
·Si>0.25％：
不适合激光切割，可能会获得更差的或不一致的结果。
注意：
对达到St52的钢铁，依照DIN标准的容许量为Si≤0.55％。
该指标对激光加工来说太不精确了。
不锈钢
切割不锈钢需要：
——使用氧气，在边沿氧化没关系的情况下。
——使用氮气以获得无氧化无毛刺的边沿，就不需要再作处理了。
——用可能获得的高激光功率，同时采取高压氮气，比用氧气可能会获得相当的或更高的切割速度。
——为了用氮气切4mm以上的不锈钢，并且无毛刺，调节焦点位置是需要的。
重新设焦点位置并降低速度，就可能获得洁净的切口，固然无法避免小毛刺。
——在板材概略涂层油膜会获得更好的穿孔效果，而不降低加工质量。
对不锈钢，请选择：
——氧气切割：
对5mm以上的厚板材，降低进给速度，激光采取脉冲模式。
——对穿孔和切割采取同样的喷嘴高度。
铝
铝及其合金更适宜用连续模式切割。
尽管有高反射率和热传导性，厚度6mm以下的铝材可以切割，这取决于合金类型和激光器能力。
铝可以用氧切割或高压氮切割：
当用氧切割时，切割概略粗糙而坚硬。
只产生一燃烧焰，但却难以消除。
——用氮气时，切割概略平滑。
当加工3mm以下的板材时，通过最优调整后可以获得事实上无毛刺的切口。
对更厚的板材，会产生难以去除的毛刺。
——纯铝因为其高纯很是难切割。
——合金含量越高，资料越易切割。
建议：
只有在系统上装置有“反射吸收”装置的时候才干切割铝材。
不然反射会毁坏光学组件。
钛
钛板材用氩气和氮气作为加工气体来切割。
其它参数可以参考镍铬钢。
铜和黄铜
——两种资料都具有高反射率和很是好的热传导性。
——厚度1mm以下的黄铜可以用氮气切割。
——厚度2mm以下的铜可以切割，加工气体必须用氧气。
建议：
只有在系统上装置有“反射吸收”装置的时候才干切割铜和黄铜。
不然反射会毁坏光学组件。
合成资料
危险：
切割合成资料时要牢记切割的危险和可能排放的危险物质。
可加工的合成资料有：
热塑性塑料、热硬化资料和人造橡胶。
用激光切割机来加工PVC或聚乙烯是不成的，因为释放的气体是有毒的。
对这两种资料，最好使用水压切割。
丙烯酸玻璃可以用激光切割。
氮气用作加工气体，气压必须低于0.5bar。
这样可以获得平滑的切割概略。
有机物
危险：
在所有有机物切割中都存在着着火的危险（用氮气作为加工气体，也可以用压缩空气作为加工气体）。
木材、皮革、纸板和纸可以用激光切割。
切割边沿会烧焦（褐色）。
进给速度越高，碳化越少。
当加工胶合板时，不成能包管会有洁净的切口，因为每层胶根据其类型和种类而成分不合。
其它资料
有关您感兴趣的其它资料的信息可以从我公司的用户工程办事部分获得。
资料的可切割厚度
（生产值mm）
最年夜可以切割的厚度只在最优的机床和参数调整的情况下才有可能
（最年夜值mm）
2.4激光脉冲模式
模式
暗示符号
应用
例子
连续模式
CW
－高压切割
－普通切割
－高压切割
→结构钢用O2
→铝用N2
→不锈钢用N2
恒定功率切可获得相对精密的切割。
门脉冲
GP
－穿孔
－细小轮廓
→以结构钢为例：
－轮廓上的小孔
－小孔直径为资料厚度的一半
－细轮廓
超脉冲
SP
－穿孔
－高反射率的资料
→铜用N2
→不锈钢用O2
→耐热的碳钢用O2
增加激光功率用100％CW＋超脉冲（Inox＋铝合金用N2）。
超强脉冲
HP
－穿孔
穿孔时，效果和增加频率获得的相对：
→厚板的快速穿孔，有少量碎屑
→锌钢用O2
2.5气体参数
气体参数包含：
——气体类型
——气压
——喷嘴直径和几何结构
气压和喷嘴几何结构决定了边沿粗糙度和毛刺的生成。
加工气体消耗取决于喷嘴直径和气压。
关于加工气体的更多信息在“维修调养手册——气体控制”章节里。
——切割气压在5bar以下为高压，达20bar为高压。
——经常使用的切割喷嘴为锥体状的圆形口。
——坚持喷嘴和工件概略之间的间距尽可能的小是需要的。
距离越小，有效冲击割缝壁的气体质量就越高。
经常使用0.5到1.5之间的间距。
第三章激光加工
3.1穿孔
穿孔的参数值不合于切割的参数值。
连续模式穿孔
优点：
快速穿孔。
缺点：
产生穿孔坑。
脉冲模式穿孔
优点：
小的穿孔洞。
缺点：
耗时
注意：
板材厚度（mm）年夜约对应于穿孔时间（s）。
如果板材切失落的部分和剩余部分都要，就直接在轮廓上使用脉冲穿孔功能。
3.2碳钢的起切和结束切
穿孔通经常使用CW模式。
该类型穿孔更快，但它产生一个比用脉冲穿孔更年夜的孔。
由于此原因，起切穿孔的位置通常选在轮廓外边。
穿孔和实际轮廓之间的切割长度称作起切部分。
激光光束焦点在起切部分末端和轮廓之间的可能变更，通过工件上切口边沿的不服，是可以辩白出来的。
用户必须尽可能地把起切部分设在几何单位一侧的理想伸展线上。
在小概略内轮廓情况下，让穿孔过程中产生的热在开始切割之前散发失落很是重要。
避免把穿孔设在狭窄的区域，而设成相对轮廓成年夜角度。
这有利于热散发。
起切长度取决于板材厚度和孔的直径
3.4拐角的加工
有半径的钝角的加工
在可能的处所，避免无半径的拐角。
有半径拐角与无半径的相比有以下优点：
——轴移动的静态性能更好
——热影响区减少
——毛刺的产生更少
最优倒圆半径：
R最优＝板材厚度（mm）除以10，但不小于1mm
当内板材上要求无半径拐角时，最年夜半径：
R边沿＝切口宽度的一半
有了这种光束，仍然可以产生无半径的拐角，而现在，轴静态地移动：
薄板上的尖角采取孔眼
在薄板上高速切割时，建议使用孔眼技术。
这种解决办法有以下优点：
——轴以固定的标的目的变更经过尖角。
——工件自己以恒速切割。
——减少了拐角处的热影响。
第四章工艺试验
4.1脉冲模式切割
对某些模型使用脉冲模式激光切割。
——1到6mm厚的板材
——切割速率年夜约比CW模式低60％
——1到6mm厚的板材更适合脉冲切割
——另一方面，8到12mm的板材用脉冲模式更难加工
——不要用脉冲模式切割内部工件
4.2无氧化切割不锈钢
对孔和其它剪切块，推荐把从起切到加工轮廓的过渡块设为适当的圆弧。
4.3无氧化切割木材和铝
孔的起切
起切的长度取决于板材厚度和孔的直径。
4.4栅格
栅条可以由不合的金属造成。
铜栅条寿命最长，因为它对热应力抵当力最强。
熔渣很容易去失落。
铜的高反射率对切割薄板和小孔（孔不精确）或无氧化切割（产生等离子体，干扰光束）有负面影响。
碳钢和V2A是对切割过程干扰最小的资料。
碳钢和V2A栅条可以由客户自己切割。
切割的设计在PC机的硬盘上。
栅条的寿命取决于加工过程中所用的激光功率。
碳钢的优点：
经济
V2A的优点：
由于此资料的类型，溅射的资料不会氧化到栅格上。
建议：
用O2切割栅条。
4.5评估切口
结构钢：
用O2切割
缺陷
可能原因
解决办法
无毛刺，牵引线一致
功率合适
进给速率合适
底部的牵引线有很年夜的偏移，底部的切口更宽
进给速率太高
激光功率太低
气压太低
焦点太高
减小进给速率
增加激光功率
加年夜气压
降低焦点
底面上的毛刺类似熔渣，成点滴状并容易除去
进给速率太高
气压太低
焦点太高
减小进给速率
加年夜气压
降低焦点
连在一起的金属毛刺可以作为一整块被除去
焦点太高
降低焦点
底面上的金属毛刺很难除去
进给速率太高
气压太低
气体不纯
焦点太高
减小进给速率
加年夜气压
使用更纯的气体
降低焦点
只在一边上有毛刺
喷嘴对中不正确
喷嘴口有缺陷
对中喷嘴
换喷嘴
结构钢：
用O2切割
缺陷
可能原因
排除
资料从上面排出
功率太低
进给速率太高
增加功率
减小进给速率
倾斜面切割
两面好，两面差
极化反射镜不合适，装置不正确或有缺陷
极化反射镜装置在了偏转镜的位置
检查极化反射镜
检查偏转镜
蓝色等离子体，工件未切透
加工气体毛病（N2）
进给速率太高
功率太低
使用氧气作为加工气体
减小进给速率
增加功率
切割概略不精密
气压太高
喷嘴损坏了
喷嘴直径太年夜
资料欠好
减小气压
更换喷嘴
装置合适的喷嘴
使用概略平滑均匀的资料
无毛刺，牵引线倾斜
切口在底部变得更狭窄
进给速率太高
减小进给速率
结构钢：
用O2切割
缺陷
可能原因
排除
产生弹坑
气压太高
进给速率太低
焦点太高
板材概略有锈
加工的工件过热
资料不纯
减小气压
增加进给速率
降低焦点
使用质量更好的资料
很是粗糙的切割概略
焦点太高
气压太高
进给速率太低
资料太热
降低焦点
减小气压
增加进给速率
冷却资料
不锈钢：
用N2高压切割
缺陷
可能原因
解决办法
产生点滴状的细小规则毛刺
焦点太低
进给速率太高
抬高焦点
减小进给速率
两边都产生长的不规则的细丝状毛刺，年夜板材的概略变色
进给速率太低
焦点太高
气压太低
资料太热
增加进给速率
降低焦点
加年夜气压
冷却资料
只在切割边沿的一边产生长的不规则的毛刺
喷嘴未对中
焦点太高
气压太低
速度太低
对中喷嘴
降低焦点
加年夜气压
提高速度
切割边沿发黄
氮气里含有氧气杂质
使用质量好的氮气
在直线截面上产生等离子体
进给速率太高
功率太低
焦点太低
减小进给速率
增加功率
抬高焦点
光束分离
进给速率太高
功率太低
焦点太低
减小进给速率
增加功率
抬高焦点
拐角处产生等离子体
角度公差太高
调制太高
加速度太高
减小角度公差
减小调制或加速度
不锈钢：
用N2高压切割
光束在开始处发散
加速度太高
焦点太低
熔化的资料未能排出
减小加速度
抬高焦点
穿圆孔
切口粗糙
喷嘴损坏了
透镜脏了
更换喷嘴
清洗透镜，如果需要就更换
资料从上面排出
功率太低
进给速率过年夜
气压太高
增加功率
减小进给速率
减小气压
铝合金：
用N2高压切割
缺陷
可能原因
解决办法
两边都产生长的不规则的细丝状毛刺，很难除去
焦点太高
气压太低
进给速率太低
降低焦点
加年夜气压
增加进给速率
两边都产生长的不规则的毛刺，可手工除去
进给速率太低
增加进给速率
切口粗糙
喷嘴直径太年夜
喷嘴损坏了
气压太高
装置合适的喷嘴
更换喷嘴
减小气压
产生细小的有规则的毛刺，很难除去
焦点太低
进给速率太高
抬高焦点
减小进给速率
在直线截面上产生等离子体
进给速率太高
焦点太低
减小进给速率
抬高焦点
光束分离
进给速率太高
减小进给速率
拐角处产生等离子体
角度公差太高
调制太高
加速度太高
减小角度公差
减小调制或加速度
光束在开始处发散
进场速度太高
焦点太低
减小进场速度
抬高焦点
切口粗糙
喷嘴损坏了
更换喷嘴
资料从上面排出
功率太低
进给速率过年夜
增加功率
减小进给速率
第五章注意事项
为了达到最佳加工质量，请遵守以下指示：
——精密调整机床
——依照维护计划进行维护
——遵照上述要求加工
——工件概略无铁锈或氧化皮（酸洗过的或平滑的）
——参数与资料和板材规格匹配
——预设互相关联的参数
当注意到加工质量降低时，检查以下因数：
1.参数
2.加工头
3.光束路径
4.激光器
参数
不要修改机床购买时设置的标准参数。
为优化过的参数创建一个新的目录。
如果加工质量好转了，就检检查存在机器上的标准参数相对优化的参数是否已经有了实质性的修改。
时间：
2021.02.06
创作：
欧阳化
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