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一文解析激光穿孔,秒懂两种穿孔模式

激光切割是将激光束照射到待切割材料上,使材料升温熔化并汽化,并用高压气体吹走熔融物,形成孔洞,然后光束在材料上移动,孔洞连续形成一条切缝。
一般的热切割技术,除少数情况可以从板材边缘开始外,多数要在板上穿一个小孔,然后再从小孔处开始切割。

激光穿孔原理

激光穿孔的基本原理为:当一定能量的激光束照射在金属板材表面时,除一部分被反射以外,被金属吸收的能量使金属熔化形成金属熔融池。而熔融的金属相对金属表面的吸收率增加,即能够更多地吸收能量加速金属的熔融。此时适当地控制能量和气压就能除去熔池内的熔融金属,并不断地加深熔池,直至穿透金属。
在实际应用中,穿孔通常分为两种方式:脉冲穿孔和爆破穿孔。

1脉冲穿孔

脉冲穿孔的原理是采用高峰值功率、低占空比的脉冲激光照射待切割板材,使少量材料熔化或汽化,并在不断击打与辅助气体的共同作用之下被排出所穿孔径,并不断循序渐进直至穿透板材。
激光照射的时间是断续的,同时其使用的平均能量比较低,因此被加工材料全体所吸收的热量相对较少。穿孔周围的残热影响较少,在穿孔部位残留的残渣也较少。这样穿出的孔也比较规则且尺寸较小,对开始的切割也基本不会产生影响。
其过程如下图所示:在激光束照射到被加工物上后,首先会加热材料表面,如(A)所示;随着加热逐渐深入起到穿孔的作用,即(B)~(C)~(D),直到最后(E)所示的穿透。整个穿孔过程不是一次完成的,而是多次不断循序渐进,逐渐深入,直到穿透。因此,该方法穿孔的时间相对较长;但是,得到的孔较小,对周围的热影响也更小。

2爆破穿孔

爆破穿孔的原理:用一定能量的连续波激光束照射于被加工物体,使其大量的吸收能量而熔融,形成一个凹坑,然后由辅助气体将熔融材料去除形成一个孔,达到快速穿透的目的。
由于激光持续照射,爆破穿孔的孔径较大,且飞溅较厉害,不适用于精度要求较高的切割。

整个过程如上图所示:将焦点设置在高于材料的表面、加大穿孔的孔径来迅速加热。虽然这种穿孔方式会产生大量的熔融金属、并溅射到加工材料表面,却可以大大缩减穿孔时间。
两种穿孔方式的实际效果如下图所示。在大多数情况下,脉冲穿孔质量优于爆破穿孔。

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