二氧化碳激光器切割技術(shù)在我國工業(yè)生產(chǎn)中得到了非常廣泛的應(yīng)用，并且在高速切割和厚鋼板的切割技術(shù)領(lǐng)域仍具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α＜す馇懈罟に囍饕ㄈ刍懈?、汽化切割、氧化熔化、和控制斷裂。下面我們就來討論一下這四種工藝各自的原理和特點(diǎn)。
熔化切割
熔化切割是用入射激光束加熱材料，當(dāng)激光束功率密度超過某一值后，材料被照射部位會(huì)開始內(nèi)部蒸發(fā)，從而形成很小的孔洞。這樣的孔洞會(huì)進(jìn)一步吸收激光束的能量，使將其保衛(wèi)的金屬壁熔化。與此同時(shí)，與光束同軸的輔助氣流把孔洞周圍的熔融材料帶走。隨著工件的移動(dòng)，就可以在金屬表面切割出一條切縫。
汽化切割
汽化切割需要的激光束功率比熔化切割更高，在這樣的光束照射下，可以使被切割材料未經(jīng)熔化而直接達(dá)到沸點(diǎn)的溫度。這樣，材料就能夠以蒸汽的狀態(tài)消失，蒸汽隨身帶走熔化質(zhì)點(diǎn)和沖刷碎屑，從而形成孔洞。汽化過程中，大約40%的材料是化作蒸汽消失的，而另有60%的材料是以熔滴的形式被氣流驅(qū)除的，這部分材料將會(huì)作為噴出物從切縫底部吹走。在加工過程中，可能會(huì)遇到很多不能熔化的材料，比如木材和碳素材料等，都可以通過這種切割工藝來加工。
氧化熔化
熔化切割是使用氧氣等活性氣體作為輔助氣流。在切割時(shí)，使材料表面在激光束的照射下被加熱到燃點(diǎn)溫度，進(jìn)而與氧氣發(fā)生激烈的燃燒反應(yīng)，并且釋放出大量的熱。這些熱量將對(duì)材料加熱，使其內(nèi)部形成充滿蒸汽的小孔，并且將包圍小孔的金屬壁熔化。
金屬在氧氣中的燃燒速度是通過燃燒物質(zhì)轉(zhuǎn)移成熔渣來控制的，因?yàn)檠鯕鈹U(kuò)散通過熔渣到達(dá)點(diǎn)火前沿的快慢將直接決定燃燒速度。氧氣流速越高，燃燒反應(yīng)就越激烈，同時(shí)去除熔渣的速度也越快，就能夠?qū)崿F(xiàn)更高的切割速度。當(dāng)然，氧氣流速也并不是越高越好，因?yàn)榱魉龠^快有可能會(huì)導(dǎo)致切縫出口處反應(yīng)產(chǎn)物即金屬氧化物發(fā)生快速冷卻，這對(duì)于切割質(zhì)量是非常不利的。
這種切割工藝中，金屬的熔化存在兩個(gè)熱源，一個(gè)是激光照射產(chǎn)生的熱量，另一個(gè)是氧與金屬化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的熱量。據(jù)估計(jì)，切割鋼材料時(shí)，氧化反應(yīng)放出的熱量要占切割所需全部能量的60%左右。因此，對(duì)于氧氣的燃燒速度和激光束的移動(dòng)速度要經(jīng)過精密的計(jì)算，實(shí)現(xiàn)完美配合。如果氧的燃燒速度高于激光束的移動(dòng)速度，割縫顯得寬而粗糙。如果激光束移動(dòng)的速度比氧的燃燒速度快，則所得切縫狹而光滑。
控制斷裂
控制斷裂是通過激光束加熱，使材料進(jìn)行高速、可控的切斷，這種工藝對(duì)于容易受熱破壞的脆性材料是非常有效的。具體過程是：用激光束加熱脆性材料的小塊區(qū)域，引起該區(qū)域較大的熱梯度和嚴(yán)重的機(jī)械變形，導(dǎo)致材料形成裂縫。只要保持均衡的加熱梯度，激光束就可以引導(dǎo)裂縫在任何需要的方向產(chǎn)生。
值得注意的是，這種控制斷裂切割不適合切割銳角和角邊切縫。切割特大封閉外形也不容易獲得成功?？刂茢嗔亚懈钏俣瓤?，不需要太高的功率，否則會(huì)引起工件表面熔化，破壞切縫邊緣。其主要控制參數(shù)是激光功率和光斑尺寸大小。
