文章摘要: 1.鐵氧體切割-汽化切割在高功率密度激光束的加熱下,材料表層溫度上升到沸點溫度的速度很快,可以避免熱傳導(dǎo)引起的熔化,使部分材料蒸發(fā)成蒸汽而消失,部分材料被輔助氣流從狹縫底部作為射流吹走。一些不可熔化的材料,如木材、碳素材料和一些塑料,都是用這
1.鐵氧體切割-汽化切割
在高功率密度激光束的加熱下,材料表層溫度上升到沸點溫度的速度很快,可以避免熱傳導(dǎo)引起的熔化,使部分材料蒸發(fā)成蒸汽而消失,部分材料被輔助氣流從狹縫底部作為射流吹走。一些不可熔化的材料,如木材、碳素材料和一些塑料,都是用這種鐵氧體切割方法切割成型的。
在蒸發(fā)的過程當(dāng)中,蒸汽帶走熔化的顆粒并帶走碎片,形成孔洞。在汽化過程當(dāng)中,約40%的物質(zhì)變成蒸汽消失,而60%的物質(zhì)以液滴的形式被氣流帶走。
2.鐵氧體切割-熔化和切割
當(dāng)入射激光束的功率密度高于一定值時,激光束照射點處的材料內(nèi)腔蒸發(fā),形成空穴。這個小孔一旦形成,就會充當(dāng)黑體吸收入射光束的所有能量??妆蝗廴诮饘俦诎鼑?,然后與光束同軸的輔助氣流帶走孔周圍的熔融材料。隨著工件的移動,小孔沿切割方向同步移動,形成狹縫。鐵氧體切割激光束繼續(xù)沿著接縫的前沿照射,熔融材料被連續(xù)地或脈動地從接縫吹走。
3.鐵氧體切割-氧化熔化和切割
一般來說,惰性氣體用于切割。如果改用氧氣或其他活性氣體,材料在激光束的照射下會被點燃,它會與氧氣發(fā)生激烈的化學(xué)反應(yīng),產(chǎn)生另一種熱源,稱為鐵氧體切割。具體描述如下:
(1)在激光束的照射下,材料表層被迅速加熱到著火溫度,然后與氧氣發(fā)生激烈的燃燒反應(yīng),釋放出大量的熱量。在這種熱量的作用下,材料內(nèi)部形成充滿蒸汽的孔洞,孔洞周圍是熔化的金屬壁。
(2)燃燒物質(zhì)轉(zhuǎn)移到爐渣中控制氧氣和金屬的燃燒速度,氧氣通過爐渣擴散到點火前沿的速度對燃燒速度也有很大影響。氧氣流量越大,燃燒化學(xué)反應(yīng)和排渣越快。當(dāng)然氧氣流量越高越好。過高的流速將造成狹縫出口處的反應(yīng)產(chǎn)物(即金屬氧化物)快速冷卻,這也不利于切割質(zhì)量。
(3)顯然,鐵氧體切割過程當(dāng)中有兩個熱源,即激光照射能量和氧氣與金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的熱能。據(jù)估計,切削鋼材時,氧化反應(yīng)釋放的熱量約占切削所需總能量的60%。顯然,與惰性氣體相比,使用氧氣作為輔助氣體可以獲得更高的切割速度。
(4)在用兩種熱源進行鐵氧體切割的過程當(dāng)中,如果氧氣的燃燒速度高于激光束的移動速度,狹縫就顯得又寬又粗糙。如果激光束的移動速度快于氧氣的燃燒速度,狹縫就會變窄變光滑。
4.鐵氧體切割-控制斷裂切割。
對于易受熱損壞的脆性材料,用激光束加熱進行高速可控切割,稱為可控斷裂切割。這種切割過程的主要內(nèi)容是:激光束加熱脆性材料的小區(qū)域,使該區(qū)域產(chǎn)生較大的熱梯度和劇烈的機械變形,從而使材料產(chǎn)生裂紋。只要保持平衡的加熱梯度,激光束就可以將裂紋導(dǎo)向任何需要的方向。
要注意的是,這種受控斷裂切割不適合切割尖角和角邊。切割特大號封閉形狀不容易成功??刂茢嗔训那懈钏俣纫?,不需要太高的功率,否則會造成工件表層熔化,破壞狹縫邊緣。主要控制參數(shù)是激光功率和光斑尺寸。
鐵氧體切割的主要工藝
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