激光是一种光,与其他自然光一样,是由原子(分子或离子等)跃迁产生的。 但它与普通光不同是激光仅在初极短的时间内依赖于自发辐射,此后的过程完全由激辐射决定,因此激光具有非常纯正的颜色,几乎无发散的方向性、极高的发光强度和高相干性。激光切割是应用激光聚焦后产生的高功率密度能量来实现的。若聚焦前光束尺寸变小而使焦点光斑直径变大时,自动控制水压改变聚焦曲率使焦点光斑直径变小。在计算机的控制下,通过脉冲使激光器放电,从而输出受控的重复高频率的脉冲激光,形成一定频率,一定脉宽的光束,该脉冲激光束经过光路传导及反射并通过聚焦透镜组聚焦在加工物体的表面上,形成一个个细微的、高能量密度光斑,焦斑位于待加工面附近,以瞬间高温熔化或气化被加工材料。
切割穿孔技术:任何一种热切割技术,除少数情况可以从板边缘开始外,一般都必须在板上穿一小孔。早先在激光冲压复合机上是用冲头先冲出一孔,然后再用激光从小孔处开始进行切割。对于没有冲压装置的激光切割机有两种穿孔的基本方法:
脉冲穿孔:(Pulse drilling)采用高峰值功率的脉冲激光使少量材料熔化或汽化,常用空气或氮气作为辅助气体,以减少因放热氧化使孔扩展,气体压力较切割时的氧气压力小。每个脉冲激光只产生小的微粒喷射,逐步深入,因此厚板穿孔时间需要几秒钟。一旦穿孔完成,立即将辅助气体换成氧气进行切割。这样穿孔直径较小,其穿孔质量优于爆裂穿孔。为此所使用的激光器不但应具有较高的输出功率;更重要的时光束的时间和空间特性,因此一般横流CO2激光器不能适应激光切割的要求。激光切割机的研发与应用无疑是对现代工业生产的重大提高和创新突破。
激光切割加工过程中,对于激光切割的粗糙度是有要求的,特别是中厚板的工件,在切割过程中如果不注意的话很有可能造成切割的失误,所在一般都要求必须控制激光切割机切割面的粗糙度。为此在雕刻设计时尽量采用灰度表现形式,这样的好处是一方面减少了着色工艺,节约了费用。对于厚度2mm以上板材的激光切割,切割面粗糙度的分布是不均匀的,沿厚度方向差别很大,其变化状况有两个显著的特点:
1)切割面的形貌分为截然不同的两部分,上部表面平整光滑,切割条纹整齐、细密,粗糙度值小;下部切割条纹紊乱,表面不平整,粗糙度值大。上部具有激光束直接作用的特点,下部则有熔化金属冲刷的特征。
2)切割面上部区域内的表面粗糙度大体上是均匀一致的,不随高度而变化;而下部区域的表面粗糙度则随高度而变化,越靠近下缘,表面粗糙度值越大,下缘处的表面粗糙度达到大值。无论是连续激光切割机激光切割,还是脉冲激光切割,切割面都显示有明显的上、下两部分,所不同的是脉冲激光切割面上部的切割条纹与脉冲频率有对应关系:频率越高,条纹越细密,表面粗糙度越值而连续激光切割时切割面上部的切割条纹密度和表面粗造度则主要与切割速度有关。激光切割机工艺中的辅助吹气参数在激光切割过程中,特别是对钢、钛等易氧化金属的切割,使用辅助吹氧气法,可以产生氧化放热反应,可以吹散等离子云对激光束的屏蔽,可以吹掉切割缝隙中的熔融金属。
因此在评价切割面质量时应以下缘表面粗糙度为基准。但真正的下缘只是一根线,其粗糙度难于测量,这可以通过测量临近下缘处的粗糙度代替。