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不同的激光穿孔工艺该如何选择?

利用高功率密度激光束照射被切割材料,使材料很快被加热至汽化温度,蒸发形成孔洞,这就是激光切割。随着光束对材料的移动,孔洞连续形成宽度很窄的(如0.1mm左右)切缝,完成对材料的切割。下面我们一起来探讨有关激光切割的技术问题。

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个小孔。早期在激光冲压复合机上是用冲头先冲出一个孔,然后再用激光从小孔处开始进行切割。随着激光功率不断提高,工艺逐渐成熟,激光直接穿孔已成为主流。那么激光切割机穿孔方式有哪些呢?

爆破穿孔

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。

对于爆破穿孔而言,一般孔的大小与板厚有关,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。

脉冲穿孔

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。

对于爆破穿孔而言,一般孔的大小与板厚有关,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。

概括而言,对于脉冲穿孔而言,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。

对大多数情况来说,脉冲穿孔质量更好,同时对加工设备的要求也更高。但也不是所有情况都是如此。

举个例子,当在比较厚的材料上加工小孔的时候,可能会出现变形现象,这是因为机床在加工小孔时不是采取爆破穿孔的方式,而是用脉冲穿孔,这使得激光能量在一个很小的区域过于集中,将非加工区域也烧焦,造成孔的变形,影响加工质量。这时我们应将脉冲穿孔方式改为爆破穿孔方式,加以解决。而对于较小功率的激光切割机则恰好相反,在小孔加工时应采取脉冲穿孔的方式才能取得较好的表面光洁度。

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