激(ji)光(guang)切(qie)割(ge)是(shi)壹種(zhong)高能量、密度(du)可(ke)控性(xing)好的(de)無(wu)接觸加(jia)工方式。激(ji)光(guang)束(shu)聚(ju)焦後形成(cheng)具有高能量(liang)密度(du)的(de)光斑,應(ying)用於切(qie)割(ge)有許多(duo)特點(dian)。而激(ji)光(guang)切(qie)割(ge)主要有四種(zhong)不同(tong)的(de)切割(ge)方式(shi),以(yi)便(bian)應對不同(tong)的(de)情況(kuang)。
熔(rong)化(hua)切(qie)割(ge)在激(ji)光(guang)熔(rong)化(hua)切(qie)割(ge)中(zhong),工(gong)件被(bei)局部熔化(hua)後借助(zhu)氣(qi)流(liu)把熔(rong)化(hua)的(de)材料噴(pen)射(she)出(chu)去。因為材料的(de)轉移只發生在其(qi)液(ye)態(tai)情況(kuang)下,所以該(gai)過(guo)程(cheng)被(bei)稱(cheng)作激(ji)光(guang)熔(rong)化(hua)切(qie)割(ge)。激(ji)光(guang)熔(rong)化(hua)切(qie)割(ge)時,當然(ran)是(shi)將材質(zhi)加熱到壹定(ding)的(de)溫度下熔(rong)化(hua),然(ran)後通(tong)過與(yu)光束(shu)同(tong)軸的(de)噴嘴噴(pen)吹非(fei)氧(yang)化(hua)性(xing)氣(qi)體(ti),利(li)用氣體(ti)的(de)壓力使液(ye)態(tai)金屬排(pai)出(chu),形成(cheng)切(qie)口(kou)。激(ji)光(guang)熔(rong)化(hua)切(qie)割(ge)所需能量只有汽化(hua)切(qie)割(ge)的(de)1/10,不需要使金(jin)屬完全汽化(hua)。激(ji)光(guang)熔(rong)化(hua)切(qie)割(ge)對於(yu)鐵(tie)質材(cai)料和(he)鈦(tai)金(jin)屬可以得(de)到無(wu)氧(yang)化(hua)切(qie)口(kou)。產(chan)生熔(rong)化(hua)但不到氣(qi)化(hua)的(de)激(ji)光(guang)功(gong)率密度(du),對(dui)於鋼(gang)材料來(lai)說,在 104W/cm2~105 W/cm2 之間。
汽化(hua)切(qie)割(ge)激(ji)光(guang)汽化(hua)切(qie)割(ge)過程(cheng)中(zhong),利(li)用的(de)高能量(liang)高密度(du)的(de)激(ji)光(guang)束(shu)對(dui)工(gong)件進(jin)行(xing)加熱(re),使溫(wen)度(du)上(shang)升(sheng),並(bing)且(qie)在很短(duan)的(de)時間內(nei)讓材(cai)質汽化(hua)成(cheng)蒸(zheng)汽,當這(zhe)些蒸(zheng)汽噴出(chu)的(de)時候就(jiu)會在材(cai)料上(shang)形成(cheng)壹道切口(kou),這(zhe)樣就(jiu)達成(cheng)了切割(ge)效果(guo)。但是(shi)壹般材(cai)料汽化(hua)的(de)熱很大(da),所以材(cai)料表面(mian)溫度升(sheng)至(zhi)沸點溫度的(de)速度是(shi)如(ru)此之快(kuai),足(zu)以避(bi)免(mian)熱傳(chuan)導(dao)造成的(de)熔化(hua),於(yu)是(shi)部分材(cai)料汽化(hua)成(cheng)蒸(zheng)汽消失,部分材(cai)料作為噴出(chu)物從切縫底(di)部被(bei)輔(fu)助(zhu)氣(qi)體(ti)流(liu)吹走。此情(qing)況(kuang)下需要非常高(gao)的(de)激(ji)光(guang)功(gong)率。為了防(fang)止(zhi)材料蒸(zheng)氣冷凝(ning)到割(ge)縫壁(bi)上(shang),材料的(de)厚度壹定(ding)不(bu)要大(da)大超過激(ji)光(guang)光(guang)束(shu)的(de)直(zhi)徑。該(gai)加工因而只適合(he)於(yu)應用在必須(xu)避(bi)免(mian)有熔化(hua)材(cai)料排(pai)除(chu)的(de)情況(kuang)下。激(ji)光(guang)汽化(hua)切(qie)割(ge)使用的(de)材料壹般有極(ji)薄金屬材料和(he)非(fei)金屬材料。在板材(cai)厚(hou)度壹定(ding)的(de)情況(kuang)下,最(zui)大(da)切(qie)割(ge)速度(du)反(fan)比(bi)於(yu)材(cai)料的(de)氣化(hua)溫(wen)度(du)。所需的(de)激(ji)光(guang)功(gong)率密度(du)要(yao)大108W/cm2,並(bing)且(qie)取決(jue)於材(cai)料、切(qie)割(ge)深(shen)度(du)和(he)光(guang)束焦點位置(zhi)。在板材(cai)厚(hou)度壹定(ding)的(de)情況(kuang)下,假(jia)設有足夠的(de)激(ji)光(guang)功(gong)率,最(zui)大(da)切(qie)割(ge)速度(du)受(shou)到氣(qi)體(ti)射流(liu)速度的(de)限制。
氧(yang)化(hua)熔(rong)化(hua)切(qie)割(ge)(激(ji)光(guang)火(huo)焰(yan)切(qie)割(ge))熔化(hua)切(qie)割(ge)壹般使用惰性(xing)氣(qi)體,如(ru)果代(dai)之以氧(yang)氣或(huo)其(qi)它(ta)活性(xing)氣(qi)體,材(cai)料在激(ji)光(guang)束(shu)的(de)照射下被(bei)點(dian)燃(ran),與(yu)氧氣(qi)發生激(ji)烈(lie)的(de)化(hua)學(xue)反(fan)應(ying)而產(chan)生另壹熱源,使材(cai)料進(jin)壹步加熱(re),稱(cheng)為氧化(hua)熔(rong)化(hua)切(qie)割(ge)。由於(yu)此效(xiao)應,對於(yu)相(xiang)同(tong)厚度(du)的(de)結構鋼(gang),采用該方(fang)法可(ke)得(de)到的(de)切割(ge)速率比(bi)熔(rong)化(hua)切(qie)割(ge)要高(gao)。另壹方面,該(gai)方(fang)法和(he)熔(rong)化(hua)切(qie)割(ge)相(xiang)比(bi)可(ke)能(neng)切(qie)口(kou)質(zhi)量更(geng)差(cha)。實(shi)際上它(ta)會(hui)生成更(geng)寬(kuan)的(de)割(ge)縫、明(ming)顯(xian)的(de)粗(cu)糙(cao)度(du)、增(zeng)加的(de)熱影響區(qu)和(he)更(geng)差(cha)的(de)邊緣質量。激(ji)光(guang)火(huo)焰(yan)切(qie)割(ge)在加(jia)工(gong)精密模(mo)型(xing)和(he)尖角時(shi)是(shi)不好的(de)(有燒掉(diao)尖角的(de)危險)。
控制(zhi)斷(duan)裂切(qie)割(ge)對於(yu)容(rong)易(yi)受(shou)熱破(po)壞的(de)脆性材(cai)料,通(tong)過激(ji)光(guang)束(shu)加(jia)熱(re)進(jin)行(xing)高速(su)、可(ke)控的(de)切斷(duan),稱(cheng)為控制(zhi)斷(duan)裂切(qie)割(ge)。這種(zhong)切割(ge)過程(cheng)主要內(nei)容是(shi):激(ji)光(guang)束(shu)加(jia)熱(re)脆性材(cai)料小(xiao)塊(kuai)區(qu)域(yu),引起(qi)該區(qu)域(yu)大的(de)熱梯(ti)度和(he)嚴重的(de)機械(xie)變(bian)形,導(dao)致材(cai)料形成(cheng)裂縫(feng)。只要保持(chi)均(jun)衡(heng)的(de)加熱梯(ti)度,激(ji)光(guang)束(shu)可(ke)引(yin)導(dao)裂縫(feng)在任(ren)何(he)需要的(de)方向(xiang)產生(sheng)。這種(zhong)切割(ge)壹般使用的(de)材質是(shi)脆性材(cai)料。