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激光加工和传统加工的比较
发布时间:2021-01-09 浏览:140 次
       激光加工是利用激光的能量经聚焦后在焦点处达到很高的能量密度,待加工材料吸取激光生产热效应进行加工。激光加工不需要传统传统工具,但激光是一把“隐形刀”,具有加工速度快、材料变形小的特点。
       激光加工具有以下特点:
       1.激光功率密度高,材料温度迅速上升,吸取激光后熔化或汽化。即使是熔点高、硬度高、脆性大的材料,也可以用激光加工;
       2.激光头不与工件接触,不存在加工刀具磨损的问题;
       3.工件不受加工切屑力的影响;
       4.激光束的光斑直径可以小到微米,作用时间可以短到纳秒和皮秒。同时,大功率激光器的连续输出功率可以达到几千瓦到十千瓦的数量级,因此该激光器既适用于精密微加工,也适用于大规模板材加工。
       5.激光束很容易控制。结合精密机械、精密测量技术和计算机,可实现高自动化和高加工精度。
       激光加工可分为切割、焊接、标记、冲孔、划线、粗化、热处理等。本文主要先容激光切割和焊接。
       激光切割技术广泛应用于金属和非金属材料的加工,可以大大提高加工效率,降低加工成本,提高加工质量。与传统的板材加工方法相比,激光切割具有切割质量高、切割速度快、灵活性高(切割任意形状)和材料适应性广的优点。
       根据工艺特点,激光切割可以分为以下几种切割方法:
       1.激光熔化切割
       在激光熔化切割中,工件被局部化,然后熔化的材料被气流喷出。这个过程被称为激光熔化切割,因为材料的转移只发生在液态。
       与高纯度惰性切割气体耦合的激光束促使熔融材料离开狭缝,但气体本身不参与切割。
       激光熔化切割比气化切割能获得更高的切割速度。气化所需的能量通常高于熔化材料所需的能量。在激光熔化切割中,激光束仅被部分吸取。最大切割速度随着激光功率的增加而增加,随着板材厚度和熔化温度的增加而减小。
       激光熔化切割可以获得铁和钛的无氧化切割。对于钢材料,产生熔化但不蒸发的激光功率密度在104w/cm2和105w/cm2之间。
       2.激光火焰切割和激光熔化切割的区别在于使用氧气作为切割气体。在氧气和加热的金属之间相互作用的帮助下,产生化学反应来进一步加热材料。对于相投厚度的结构钢,这种方法获得的切削速度高于融化切削。
       另一方面,切割的质量可能比熔化切割的质量差。事实上,它会产生更宽的狭缝、明显的粗糙度、增加的热影响区和更差的边缘质量。
       激光火焰切割加工精密模型和尖角不好,烧断尖角很危险。脉冲激光可以用来限制热影响。
       3.激光气化切割
       在激光气化切割过程中,材料在狭缝处汽化,这需要很高的激光功率。为了防止材料蒸汽在狭缝壁上凝结,材料的厚度不得大大超过激光束的直径。因此,机械加工仅适用于必须避免移除融入材料的应用。事实上,这种加工仅用于铁基合金的非常小的应用领域。
       这种工艺不能用于非熔融状态的材料,如木材和一些陶瓷,因此不太可能使材料的蒸汽重新凝结。此外,这些材料通常必须实现更厚的切割。在激光气化切割中,最佳的光束聚焦取决于材料厚度的光束质量。
       所需的激光功率密度大于108瓦/平方厘米,取决于材料、切割深度和光束聚焦位置。
       激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一。焊接过程属于热传导型,即激光辐射加工热工件表面,表面热量通过热传导向内部扩散。通过控制激光束的能量和其他参数,工件被熔化以形式成特定的熔池。由于其独特的优势,已成功应用于微小零件的焊接。与其他焊接技术相比,激光焊接的主要优点是:速度快、深度大、变形小。可在室温或特殊条件下焊接,焊接设备简单。
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