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    激光切割:“削铁如泥”不是传说!

      发表时间:2019-10-08 15:02  次阅读

    什么是激光切割?这束高能激光,到底是有多高的能量?


    在工业社会,面对厚厚的金属墙也“毫不客气”、切之而后快的工具并不是常见的“刀枪剑戟 斧钺钩叉 闲棍槊棒 鞭锏锤抓”,而是一束激光,这束光作用于金属之后,能迅速、准切地切开它们。

    Bingo!影片里情节设计所依据的正是“激光切割”技术。


    激光切割:“削铁如泥”不是传说!


    我们都知道“火能克金”,小伙伴是否已经好奇了——什么是激光切割?这束高能激光,到底是有多高的能量?


    激光切割的原理

    就是它字面的意思,激光切割就是一种利用经聚焦的高功率密度激光束切割材料的技术。而且,激光切割属于热切割的一种。为什么这么说?让我们详细了解一下激光切割的原理。

    激光切割:“削铁如泥”不是传说!

    激光切割系统是通过使用激光聚焦系统,将高能激光聚焦到材料表面,材料吸收激光能量导致局部被加热到熔点以上。同时,同轴高压气体或产生的蒸汽将熔融的金属吹离,在材料表面产生空洞。随着激光沿着设定程序的移动,最终将材料切割出对应图案的形状。


    激光切割的类型

    一般来说,激光切割可分为激光气化切割、激光熔化切割、激光氧气切割和激光划片与控制断裂四类。这四种激光切割方法的切割功率及功率密度不同,导致其适用于不同的场景。

    激光气化切割

    这种切割方法的原理是:利用高能量密度的激光束加热材料,当材料温度迅速上升达到沸点后,材料迅速气化并产生蒸气喷出并留下切口。

    材料的汽化热一般很大,所以激光气化切割需要很大的功率和功率密度。因此这种切割方式多用于极薄金属材料和非金属材料(如纸、布、木材等)的切割。

    激光融化切割

    这种切割方式的原理是激光辐照导致材料熔化,与光束同轴的喷嘴喷吹有较大压力的非氧化性气体(Ar、He、N2等)使液态金属排出,形成切口。

    激光熔化切割不需要使金属完全气化,所需能量也只有气化切割的1/10,因此这种切割主要用于一些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。

    激光氧气切割

    激光氧气切割原理是用氧气与切割金属作用,发生氧化反应,放出大量的氧化热,同时,被激光熔融的材料又被氧气从反应区吹出并形成切口。

    氧化反应为放热反应,使得这种方法所需能量只是熔化切割的1/2,但切割速度比气化切割和熔化切割都快,所以这种切割方法主要用于一些较难切割的物料,如碳钢、钛钢以及热处理钢等易氧化的金属材料。

    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,在脆性材料中产生局部热应力,使材料沿小槽断开。

    激光切割:“削铁如泥”不是传说!


    切割机的激光功率

    常见的激光切割机是:光纤激光切割机和CO2激光切割机。

    顾名思义,二者所使用的激光分别来源于光纤激光器和CO2激光器。目前,光纤激光器凭借其出光功率高、光斑尺寸小等优势,所占市场早已远超CO2激光器,并仍在增长之中。


    没有数据支撑的内容未免苍白,想知道激光切割所用激光功率到底有多高吗?

    激光切割:“削铁如泥”不是传说!

    激光切割:“削铁如泥”不是传说!

    接下来,来自9月17日于上海举行的中国国际工业博览会(简称:工博会)的一组数据,绝对会让你惊呼:Oh MY GOD!

    以20kW的光功率为例,如果其光纤直径为200微米,数值孔径为0.22,则其光功率密度将会大于1000MW/Cm^2·str-1。

    而传统的教学用激光笔的光功率仅仅为:1-5mW,光功率密度也很小。但是就是这样的激光笔照射人体尤其是眼睛时,也有很大的伤害。所以一定不能让小朋友随意拿来玩耍呀~~

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