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激光切割机几种(激光切割都有哪些分类?)

作者:梦兮      发布时间:2021-07-25      浏览量:34761
激光切割机几种看你材料来说吧,有金属跟非金属两种激光切割机有哪些种类?这要看你怎么分类了。1,如果从激光器来分可以分为:A,固体激光。固体激光里面又有微雕激光、YAG等B,半导体激光。C,液体激光。D,气体激光。CO2激光当然这里面用于激光

激光切割机几种


看你材料来说吧,有金属跟非金属两种

激光切割机有哪些种类?这要看你怎么分类了。
1,如果从激光器来分可以分为:
A,固体激光。固体激光里面又有微雕激光、YAG等
B,半导体激光。
C,液体激光。
D,气体激光。CO2激光
当然这里面用于激光切割的有YAG和CO2两种。
2,如果按照激光切割机的结构分,可分为:
A,台式激光切割机
这种激光切割机是最常见的。就是把激光器,放置在一边,通过外部光路传输到激光切割头,加工范围一般为1.5*3M,2*4M.
台式机里面根据具体结构,又分为悬臂式、龙门式,混合型等等。
国内外的很多品牌,如VDIAO微雕等等的机器大部分都是台式激光切割机。
台式机主要用于钣金加工。可用于的行业很多,如电梯制造,电气开关柜,粮食机械等以薄板加工为主的行业
B,龙门式搭载型激光切割机
这种激光切割机就是把激光器放在机械上面,随机器的运行一起动,这样可保证光路的恒定,有效切割范围可以很大,宽度可以2-6米,长度有可几十米长。主要用于工程机械,造船,机车等重工业。主要针对3MM-25MM内的中厚板行业的下料切割。
3,如果按切割工件来分。可分为:
A。金属激光切割机。激光器的功率一般比较大。
B。非金属激光切割机。激光器的功率一般很小。
C。还可以用于切割管的,管子激光切割机。


激光切割都有哪些分类?


二氧化碳激光切割机(2000-2004年)

2000- 2004年,成套的大功率激光设备面世,应用于切割、焊接、打孔等广阔的领域

主要优点:功率大,一般功率都在2000-4000W之间,能切割25毫米以内的全尺寸不锈钢,碳钢等常规材料,以及4 mm以内铝板和60MM以内的亚克力板,木质材料板,PVC板,且在切割薄板时速度很快。另外,由于CO2激光器输出的是连续激光,其在切割时,是这三种激光切割机中切割断面效果最光滑最好的。

主要市场定位:6-25毫米的中厚板切割加工,主要针对大中型企业以及部分纯对外加工的激光切割加工企业,但由于其激光器维护耗损大,主机耗电量大等无法克服因素,近年来,受到光纤激光切割机的巨大冲击,市场处于明显萎缩的状态。

YAG固体激光切割机(2009-2012年)

曾风靡金属加工市场,主要用于打孔和点焊及薄板的切割

YAG固体激光切割机具有价格低、稳定性好的特点,但能量效率低一般<3%,目前产品的输出功率大多在850W以下,由于输出能量小,主要用于打孔和点焊及薄板的切割。

主要市场定位:8mm以下切割,主要针对自用型中小企业和加工要求不是特别高的大多数钣金制造,家电制造,厨具制造,,装饰装潢,广告等行业用户,逐步取代线切割,数控冲床,水切割,小功率等离子等传统加工设备。

碟片激光切割机(2015年-2016年)

碟片激光切割涌入有色加工市场

主要优点:碟片式激光器是固体激光器和半导体激光器优点的结合体。碟片式设计保证了出众的光束质量。将半导体激光器作为泵浦源单元则保证高的光电效率。碟片式激光器功率高达16000瓦,很大的特点是可以切割较厚的黄铜和铝板等高反材质。

主要市场定位:25mm以下切割,尤其是中厚板的高质量切割,主要针对对外加工,或加工有色金属较多的企业。缺点是后期维护成本大,服务,技术还未实现开放和普及,费用相比光纤较高。伴随着光纤4000W及以上激光器的出现,光纤激光切割机最终会取代大部分市场。

光纤金属激光切割机(2012年-至今)

大功率冲击小功率加工市场,最终普及各大工厂

主要优点:光电转换率高,电力消耗少,能切割20-30MM

以内的不锈钢板,碳钢板,是这三种机器中切割速度最快的

激光切割机,割缝细小,光斑质量好,可用于精细、稳定、高效

切割。2012-至今主要市场定位:制造业、钣金业、农用机械、市政园林……等等。主要针对加工精度及效率要求极高的厂家,2015年后,伴随着4000W及以上激光器的出现,光纤激光切割机已经取代CO2大功率激光切割、YAG激光切割机、碟片激光切割机等机大部分市场。光纤激光切割机正在朝着更加精细化、行业化、深度定制配套化延申发展。


激光切割应该分为哪几类


瑞士进口百超激光切割设备,速度快,价格低,切割质量好
切割范围:3048mm*1524mm
碳钢05mm-----20mm
不锈钢0.5mm-----12mm
铝合金0.5mm-8mm 1 激光气化切割
利用高能量密度的激光束加热工件,使温度迅速上升,在非常短的时间内达到材料的沸点,材料开始汽化,形成蒸汽。这些蒸汽的喷出速度很大,在蒸汽喷出的同时,在材料上形成切口。材料的汽化热一般很大,所以激光汽化切割时需要很大的功率和功率密度。激光切割多用于极薄金属材料和非金属材料(如纸、布、木材、塑料和橡皮等)的切割 2 激光熔化切割
激光熔化切割时,用激光加热使金属材料熔化,然后通过与光束同轴的喷嘴喷吹非氧化性气体(Ar、He、N等),依靠气体的强大压力使液态金属排出,形成切口。激光切割不需要使金属完全汽化,所需能量只有汽化切割的1/10。激光熔化切割主要用于一些不易氧化的材料或活性金属的切割,如不锈钢、钛、铝及其合金等。 3 激光氧气切割(氧化熔化切割)
激光氧气切割原理类似于氧乙炔切割。它是用激光作为预热热源,用氧气等活性气体作为切割气体。喷吹出的气体一方面与切割金属作用,发生氧化反应,放出大量的氧化热;另一方面把熔融的氧化物和熔化物从反应区吹出,在金属中形成切口。由于切割过程中的氧化反应产生了大量的热,所以激光氧气切割所需要的能量只是熔化切割的1/2,而切割速度远远大于激光汽化切割和熔化切割。激光氧气切割主要用于碳钢、钛钢以及热处理钢等易氧化的金属材料。 4 激光划片与控制断裂
激光划片是利用高能量密度的激光在脆性材料的表面进行扫描,使材料受热蒸发出一条小槽,然后施加一定的压力,脆性材料就会沿小槽裂开。激光划片用的激光器一般为Q开关激光器和CO2激光器。控制断裂是利用激光刻槽时所产生的陡峭的温度分布,引起该区域大的热梯度,在脆性材料中产生局部热应力,导致严重的机械变形,使材料沿小槽断开而形成裂缝。

该技术采用激光束照射到钢板表面时释放的能量来使不锈钢熔化并蒸发。激光源一般用二氧化碳激光束,工作功率为500~2500瓦。该功率的水平比许多家用电暖气所需要的功率还低,但是,通过透镜和反射镜,激光束聚集在很小的区域。能量的高度集中能够进行迅速局部加热,使不锈钢蒸发。此外,由于能量非常集中,所以,仅有少量热传到钢材的其它部分,所造成的变形很小或没有变形。利用激光可以非常准确地切割复杂形状的坯料,所切割的坯料不必再作进一步的处理。

应用领域  国外除上述应用外,还在不断扩展其应用领域。

  (1)采用三维激光切割系统或配置工业机器人,切割空间曲线,开发各种三维切割软件,以加快从画图到切割零件的过程。

  (2)为了提高生产效率,研究开发各种专用切割系统,材料输送系统,直线电机驱动系统等,目前切割系统的切割速度已超过100m/min。

  (3)为扩展工程机械、造船工业等的应用,切割低碳钢厚度已超过30mm,并特别注意研究用氮气切割低碳钢的工艺技术,以提高切割厚板的切口质量。因此在我国扩大co2激光切割的工业应用领域,解决新的应用中一些技术难题仍然是工程技术人员的重要课题。

编辑本段关键技术

  co2激光切割的几项关键技术是光、机、电一体化的综合技术。

  激光束的参数、机器与数控系统的性能和精度都直接影响激光切割的效率和质量。特别是对于切割精度较高或厚度较大的零件,必须掌握和解决以下几项关键技术:

焦点位置控制技术

  焦点位置控制技术:激光切割的优点之一是光束的能量密度高,一般10w/cm2。由于能量密度与4/πd2成正比,所以焦点光斑直径尽可能的小,以便产生一窄的切缝;同时焦点光斑直径还和透镜的焦深成正比。聚焦透镜焦深越小,焦点光斑直径就越小。但切割有飞溅,透镜离工件太近容易将透镜损坏,因此一般大功率co2激光切割工业应用中广泛采用5〃~7.5〃〞(127~190mm)的焦距。实际焦点光斑直径在0.1~0.4mm之间。对于高质量的切割,有效焦深还和透镜直径及被切材料有关。例如用5〃的透镜切碳钢,焦深为焦距的+2围内,即5mm左右。因此控制焦点相对于被切材料表面的位置十分重要。顾虑到切割质量、切割速度等因素,原则上6mm的金属材料,焦点在表面上; 6mm的碳钢,焦点在表面之上; 6mm的不锈钢,焦点在表面之下。具体尺寸由实验确定。

  在工业生产中确定焦点位置的简便方法有三种:(1)打印法:使切割头从上往下运动,在塑料板上进行激光束打印,打印直径最小处为焦点。(2)斜板法:用和垂直轴成一角度斜放的塑料板使其水平拉动,寻找激光束的最小处为焦点。(3)蓝色火花法:去掉喷嘴,吹空气,将脉冲激光打在不锈钢板上,使切割头从上往下运动,直至蓝色火花最大处为焦点。对于飞行光路的切割机,由于光束发散角,切割近端和远端时光程长短不同,聚焦前的光束尺寸有一定差别。入射光束的直径越大,焦点光斑的直径越小。为了减少因聚焦前光束尺寸变化带来的焦点光斑尺寸的变化,国内外激光切割系统的制造商提供了一些专用的装置供用户选用:

  (1)平行光管。这是一种常用的方法,即在co2激光器的输出端加一平行光管进行扩束处理,扩束后的光束直径变大,发散角变小,使在切割工作范围内近端和远端聚焦前光束尺寸接近一致。

  (2)在切割头上增加一独立的移动透镜的下轴,它与控制喷嘴到材料表面距离(stand off)的z轴是两个相互独立的部分。当机床工作台移动或光轴移动时,光束从近端到远端f轴也同时移动,使光束聚焦后光斑直径在整个加工区域内保持一致。如图二所示。

  (3)控制聚焦镜(一般为金属反射聚焦系统)的水压。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。

  (4)飞行光路切割机上增加x、y方向的补偿光路系统。即当切割远端光程增加时使补偿光路缩短;反之当切割近端光程减小时,使补偿光路增加,以保持光程长度一致。

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:

  (1)爆破穿孔:(blast drilling),材料经连续激光的照射后在中心形成一凹坑,然后由与激光束同轴的氧流很快将熔融材料去除形成一孔。一般孔的大小与板厚有关,爆破穿孔平均直径为板厚的一半,因此对较厚的板爆破穿孔孔径较大,且不圆,不宜在要求较高的零件上使用(如石油筛缝管),只能用于废料上。此外由于穿孔所用的氧气压力与切割时相同,飞溅较大。

  (2)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,其穿孔质量优于爆破穿孔。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。此外脉冲穿孔还须要有较可靠的气路控制系统,以实现气体种类、气体压力的切换及穿孔时间的控制。在采用脉冲穿孔的情况下,为了获得高质量的切口,从工件静止时的脉冲穿孔到工件等速连续切割的过渡技术应以重视。从理论上讲通常可改变加速段的切割条件:如焦距、喷嘴位置、气体压力等,但实际上由于时间太短改变以上条件的可能性不大。在工业生产中主要采用改变激光平均功率的办法比较现实,具体方法有以下三种:(1)改变脉冲宽度;(2)改变脉冲频率;(3)同时改变脉冲宽度和频率。实际结果表明,第(3)种效果最好。

喷嘴设计及气流控制技术

  激光切割钢材时,氧气和聚焦的激光束是通过喷嘴射到被切材料处,从而形成一个气流束。对气流的基本要求是进入切口的气流量要大,速度要高,以便足够的氧化使切口材料充分进行放热反应;同时又有足够的动量将熔融材料喷射吹出。因此除光束的质量及其控制直接影响切割质量外,喷嘴的设计及气流的控制(如喷嘴压力、工件在气流中的位置等)也是十分重要的因素。目前激光切割用的喷嘴采用简单的结构,即一锥形孔带端部小圆孔(如图4)。通常用实验和误差方法进行设计。由于喷嘴一般用

  紫铜制造,体积较小,是易损零件,需经常更换,因此不进行流体力学计算与分析。在使用时从喷嘴侧面通入一定压力pn(表压为pg)的气体,称喷嘴压力,从喷嘴出口喷出,经一定距离到达工件表面,其压力称切割压力pc,最后气体膨胀到大气压力pa。研究工作表明随着pn的增加,气流流速增加,pc也不断增加。

  可用下列公式计算: v=8.2d2(pg+1)

  v-气体流速 l/min

  d-喷嘴直径 mm

  pg-喷嘴压力(表压)bar

  对于不同的气体有不同的压力阈值,当喷嘴压力超过此值时,气流为正常斜激波,气流速从亚音速向超音速过渡。此阈值与pn、pa比值及气体分子的自由度(n)两因素有关:如氧气、空气的n=5,因此其阈值pn=1bar×(1.2)3.5=1.89bar。当喷嘴压力更高pn/pa=(1+1/n)1+n/2时(pn;4bar),气流正常斜激波封变为正激波,切割压力pc下降,气流速度减低,并在工件表面形成涡流,削弱了气流去除熔融材料的作用,影响了切割速度。因此采用锥孔带端部小圆孔的喷嘴,其氧气的喷嘴压力常在3bar以下。

  为进一步提高激光切割速度,可根据空气动力学原理,在提高喷嘴压力的前提下不产生正激波,设计制造一种缩放型喷嘴,即拉伐尔(laval)喷嘴。为方便制造可采用如图4的结构。德国汉诺威大学激光中心使用500wco2激光器,透镜焦距2.5〃,采用小孔喷嘴和拉伐尔喷嘴分别作了试验,见图4。试验结果如图5所示:分别表示no2、no4、no5喷嘴在不同的氧气压力下,切口表面粗糙度rz与切割速度vc的函数关系。从图中可以看出no2小孔喷嘴在pn为400kpa(或4bar)时切割速度只能达到2.75m/min(碳钢板厚为2mm)。no4、no5二种拉伐尔喷嘴在pn为500kpa到600kpa时切割速度可达到3.5m/min和5.5m/min。应指出的是切割压力pc还是工件与喷嘴距离的函数。由于斜激波在气流的边界多次反射,使切割压力呈周期性的变化。

  第一高切割压力区紧邻喷嘴出口,工件表面至喷嘴出口的距离约为0.5~1.5mm,切割压力pc大而稳定,是目前工业生产中切割手扳常用的工艺参数。第二高切割压力区约为喷嘴出口的3~3.5mm,切割压力pc也较大,同样可以取得好的效果,并有利于保护透镜,提高其使用寿命。曲线上的其他高切割压力区由于距喷嘴出口太远,与聚焦光束难以匹配而无法采用。

  综上所述,co2激光器切割技术正在我国工业生产中得到越来越多的应用,国外正研究开发更高切割速度和更厚钢板的切割技术与装置。为了满足工业生产对质量和生产效率越来越高的要求,必须重视解决各种关键技术及执行质量标准,以使这一新技术在我国获得更广泛的应用。

编辑本段激光切割的主要工艺汽化切割

  在高功率密度激光束的加热下,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。一些不能熔化的材料,如木材、碳素材料和某些塑料就是通过这种汽化切割方法切割成形的。

  汽化切割过程中,蒸汽随身带走熔化质点和冲刷碎屑,形成孔洞。汽化过程中,大约40材料化作蒸汽消失,而有60材料是以熔滴的形式被气流驱除的。

熔化切割

  当入射的激光束功率密度超过某一值后,光束照射点处材料内部开始蒸发,形成孔洞。一旦这种小孔形成,它将作为黑体吸收所有的入射光束能量。小孔被熔化金属壁所包围,然后,与光束同轴的辅助气流把孔洞周围的熔融材料带走。随着工件移动,小孔按切割方向同步横移形成一条切缝。激光束继续沿着这条缝的前沿照射,熔化材料持续或脉动地从缝内被吹走。

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,称为氧化熔化切割。具体描述如下:

  (1)材料表面在激光束的照射下很快被加热到燃点温度,随之与氧气发生激烈的燃烧反应,放出大量热量。在此热量作用下,材料内部形成充满蒸汽的小孔,而小孔的周围为熔融的金属壁所包围。

  (2)燃烧物质转移成熔渣控制氧和金属的燃烧速度,同时氧气扩散通过熔渣到达点火前沿的快慢也对燃烧速度有很大的影响。氧气流速越高,燃烧化学反应和去除熔渣的速度也越快。当然,氧气流速不是越高越好,因为流速过快会导致切缝出口处反应产物即金属氧化物的快速冷却,这对切割质量也是不利的。

  (3)显然,氧化熔化切割过程存在着两个热源,即激光照射能和氧与金属化学反应产生的热能。据估计,切割钢时,氧化反应放出的热量要占到切割所需全部能量的60右。

  很明显,与惰性气体比较,使用氧作辅助气体可获得较高的切割速度。

  (4)在拥有两个热源的氧化熔化切割过程中,如果氧的燃烧速度高于激光束的移动速度,割缝显得宽而粗糙。如果激光束移动的速度比氧的燃烧速度快,则所得切缝狭而光滑。

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。

  要注意的是,这种控制断裂切割不适合切割锐角和角边切缝。切割特大封闭外形也不容易获得成功。控制断裂切割速度快,不需要太高的功率,否则会引起工件表面熔化,破坏切缝边缘。其主要控制参数是激光功率和光斑尺寸大小。