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激光切割机的原理是什么

Answer 1

摘要：激光切割机是将从激光器发射出的激光，经光路系统，聚焦成高功率密度的激光束。激光束照射到工件表面，使工件达到熔点或沸点，同时与光束同轴的高压气体将熔化或气化金属吹走。随着光束与工件相对位置的移动，最终使材料形成切缝，从而达到切割的目的。激光切割加工是用不可见的光束代替了传统的机械刀，具有精度高，切割快速，不局限于切割图案限制，自动排版节省材料，切口平滑，加工成本低等特点。下面一期来了解一下详细知识。一、激光切割机的原理
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最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。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。每一个高能量的激光脉冲瞬间就把物体表面溅射出一个细小的孔，在计算机控制下，激光加工头与被加工材料按预先绘好的图形进行连续相对运动打点，这样就会把物体加工成想要的形状。
切缝时的工艺参数(切割速度，激光器功率，气体压力等)及运动轨迹均由数控系统控制，割缝处的熔渣被一定压力的辅助气体吹除。
二、激光切割机的主要工艺
1、汽化切割
在激光气化切割过程中，材料表面温度升至沸点温度的速度是如此之快，足以避免热传导造成的熔化，于是部分材料汽化成蒸汽消失，部分材料作为喷出物从切缝底部被辅助气体流吹走。此情况下需要非常高的激光功率。
为了防止材料蒸气冷凝到割缝壁上，材料的厚度一定不要大大超过激光光束的直径。该加工因而只适合于应用在必须避免有熔化材料排除的情况下。该加工实际上只用于铁基合金很小的使用领域。
该加工不能用于，像木材和某些陶瓷等，那些没有熔化状态因而不太可能让材料蒸气再凝结的材料。另外，这些材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材料厚度和光束质量。激光功率和气化热对最优焦点位置只有一定的影响。在板材厚度一定的情况下，最大切割速度反比于材料的气化温度。所需的激光功率密度要大于108W/cm2，并且取决于材料、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，最大切割速度受到气体射流速度的限制。
2、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材料喷射出去。因为材料的转移只发生在其液态情况下，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材料离开割缝，而气体本身不参于切割。激光熔化切割可以得到比气化切割更高的切割速度。气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。最大切割速度随着激光功率的增加而增加，随着板材厚度的增加和材料熔化温度的增加而几乎反比例地减小。在激光功率一定的情况下，限制因数就是割缝处的气压和材料的热传导率。激光熔化切割对于铁制材料和钛金属可以得到无氧化切口。产生熔化但不到气化的激光功率密度，对于钢材料来说，在104W/cm2～105W/cm2之间。
3、氧化熔化切割
熔化切割一般使用惰性气体，如果代之以氧气或其它活性气体，材料在激光束的照射下被点燃，与氧气发生激烈的化学反应而产生另一热源，使材料进一步加热，称为氧化熔化切割。
由于此效应，对于相同厚度的结构钢，采用该方法可得到的切割速率比熔化切割要高。另一方面，该方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缘质量。激光火焰切割在加工精密模型和尖角时是不好的(有烧掉尖角的危险)。可以使用脉冲模式的激光来限制热影响，激光的功率决定切割速度。在激光功率一定的情况下，限制因数就是氧气的供应和材料的热传导率。
4、控制断裂切割
对于容易受热破坏的脆性材料，通过激光束加热进行高速、可控的切断，称为控制断裂切割。这种切割过程主要内容是：激光束加热脆性材料小块区域，引起该区域大的热梯度和严重的机械变形，导致材料形成裂缝。只要保持均衡的加热梯度，激光束可引导裂缝在任何需要的方向产生。

Answer 2

激光切割机的工作原理是利用激光束的高能量密度，将光能转化为热能，使材料局部升温、熔化甚至汽化，然后使用气体流或其他方法将熔化或汽化的材料吹走，实现切割。以下是激光切割机的工作原理的详细说明：
激光产生： 激光切割机中使用激光器产生高能量的激光光束。常用的激光源包括二氧化碳激光器（CO2激光器）和光纤激光器。这些激光器能够产生一束高强度、高聚焦的激光光束。

光束聚焦： 通过透镜或光纤等光学系统，将激光光束聚焦到一个非常小的焦点上。光束聚焦可以使光能密度大幅增加，从而在焦点处产生高温。

热效应： 聚焦后的激光光束照射在工件表面，光能被吸收，转化为热能。材料局部升温，达到熔点或汽化点，形成融化区域。

气体喷射： 在切割过程中，通常使用氮气、氧气或其他惰性气体作为辅助气体。辅助气体通过喷嘴对焦点周围的区域进行吹扫，将熔化或汽化的材料吹走。气体流有助于清除切割区域的碎片和烟尘，同时也可以影响切割质量和速度。

切割过程： 激光束在焦点处持续聚焦和照射，材料被加热至融化或汽化温度，然后被气体流清除。激光切割机通过控制激光的功率、速度和辅助气体流量，可以实现不同材料和厚度的切割。

运动控制： 工件和激光头通常由计算机控制的运动系统进行移动。精密的运动控制可以实现精确的切割路径和形状。

总之，激光切割机的原理是利用激光光束的高能量密度，在焦点区域产生高温，将材料熔化或汽化，再通过气体喷射清除熔化或汽化的材料，从而实现切割。不同类型的激光切割机可能有略微不同的工作原理，但基本的原理都是类似的。

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