激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性,对材料(包括金属与非金属)进行切割、焊接、表面处理、打孔及微加工等的一门加工技术。
一、熔化切割
在激光熔化切割中,工件局部熔化后,熔化的材料通过气流喷出。由于材料的转移只发生在其液态条件下,所以这个过程叫做激光熔化切割。
激光熔化切割时,当然是将材料加热到一定温度下熔化,然后通过与光束同轴的喷嘴喷射非氧化气体,利用气体压力排出液态金属形成切口。
激光熔化切割所需能量仅为蒸发切割的1/10,无需完全蒸发金属。激光熔化切割可以获得铁材料和钛金属的无氧化切口,产生熔化但不能气化的激光功率密度,对于钢材料,在104W/cm2~105W/cm2之间。
二、汽化切割
在激光汽化切割过程中,使用的高能高密度激光束对工件进行加热,使温度升高,并使材料在短时间内蒸化成蒸汽,当这些蒸汽喷出时,就会在材料上形成切口,从而达到切割效果。
但普通材料蒸化的热量较大,因此材料表面温度升至沸点温度的速度如此之快,足以避免热传导引起的熔化,因此部分材料蒸化成蒸汽消失,部分材料作为喷射物从切缝底部被辅助气体吹走。
在这种情况下,需要很高的激光功率,为防止材料蒸汽凝结在切缝壁上,材料的厚度一定不能大大超过激光束的直径,这种加工方法只适用于在必须避免有熔融材料被排除的情况下,激光汽化切割所用的材料一般有极薄的金属材料和非金属材料。
当板材厚度一定时,最大切割速度与材料的气化温度反比。所需的激光密度大于板材料的气化温度要大于108W/cm,最大切割速度取决于板材的切割速度。
三、控制断裂切割
对易受热损坏的脆性材料,采用激光束加热高速、可控制的切割方式,称为控制断裂切割,这一切割过程的主要内容是:激光束加热脆性材料的小块区域,造成该区域的大热梯度和严重的机械变形,造成材料开裂。激光束可以引导裂缝在任何需要的方向产生,只要保持平衡的加热梯度。这类切常采用脆性材料。
四、氧化熔化切割(激光火焰切割)
熔化切割一般使用惰性气体,如果用氧气或其他活性气体代替,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,产生另一个热源,使材料进一步加热,称为氧化熔化切割,由于这种效应,对于相同厚度的结构钢,通过这种方法可以获得比熔化切割更高的切割速度。
另一方面,与熔化切割相比,该方法的切割质量可能更差。事实上,它会产生更宽的切割缝、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不好(有烧尖角的危险)。