不銹鋼板及不銹鋼管在許多領(lǐng)域如建筑業(yè)、海洋裝置、化學(xué)加工業(yè)、交通運(yùn)輸機(jī)械、醫(yī)療器械、石油工業(yè)、核裝 置、航空及航天工業(yè)等有 著廣泛的應(yīng)用。

在應(yīng)用中人們常用傳統(tǒng)的氣割或等離子切割對(duì)其加工。這些方法存在切縫寬、熱影響區(qū)寬等缺點(diǎn), 激光切割具有切割速度快、切縫窄、  熱影響區(qū)小等優(yōu)點(diǎn)。 

1. 不銹鋼材激光無氧切割容易掛渣的原因  不銹鋼管材激光切割和不銹鋼板材激光切割一樣, 在其切口下邊常出現(xiàn)掛渣現(xiàn)象, 熔渣粘附不僅與切割速度有關(guān), 而且還與熔融物的表面張力和粘度有關(guān) 。一般說來, 切割速度過慢或過快都會(huì)出現(xiàn)粘渣; 熔渣的粘度低和表面張力低, 均有利于熔渣從切口中排除。  在不銹鋼鋼管激光無氧切割過程中, 由于不存在氧化反應(yīng), 完全靠不銹鋼材料吸收激光束能量熔化。但 1Cr18Ni9T i 不銹鋼的合金元素含量高, 使得熔化物的表面張力非常大( 約 1～2N/ m) , 因此極容易在切口下面形成掛渣。  激光切割不銹鋼技術(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn)。激光切割不銹鋼有多種方法，可以在二氧化碳激光中在切割斷面加氧氣，也可以加氮?dú)?/SPAN> 。其中，加氧氣切割，會(huì)在切割面形成氧化膜；加氮?dú)馇懈钸吘墰]有氧化膜和毛刺，不需要作進(jìn)一步處理。對(duì)于切割不銹鋼薄板，通常為 4mm以下的不銹鋼，激光切割是一個(gè)非常有效的加工工具，能夠保證不銹鋼薄板良好的耐腐蝕性。相對(duì)較厚的板也可以用激光切割，但切割部件的尺寸誤差也增大了。

 1.1 激光切割的切縫窄、加工精度高，工件變形小激光切割原理和過程是：激光源一般用二氧化碳激光束，激光束聚集在很小的區(qū)域范圍，聚焦焦點(diǎn)升溫快，能量高度集中，局部形成的熱量僅有少量熱傳到鋼材的其它部分，但是熱量傳導(dǎo)的部分遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于激光束輸入的熱量。不銹鋼材料迅速加熱汽化，進(jìn)而蒸發(fā)形成空洞，激光束移動(dòng)，使孔洞連續(xù)形成寬度很窄的切縫，從而完成切割。由于不銹鋼板局部升溫快，熱量被傳導(dǎo)的少，切邊受熱影響很小，因此切口寬度窄，一般只有 0.1-0.5mm，工件基本不變形。  不銹鋼切割加氧氣可以對(duì)較厚的不銹鋼板進(jìn)行切割，切割最大厚度為 20mm。氧作為輔助汽體與熔融金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，該化學(xué)反應(yīng)放熱，產(chǎn)生氧化材料，同時(shí)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氣流能幫助吹走割縫內(nèi)的熔渣，切割表面光潔美觀，因此切縫一般不需要再加工即可焊接，方便了后續(xù)加工。激光切割加工的不銹鋼板無毛刺、皺折、精度高。激光切割不需要模具，而且目前由微機(jī)程序控制，現(xiàn)代激光切割系統(tǒng)能方便切割不同形狀與尺寸的工件，不使用模具，也無須修理模具，不僅節(jié)省了加工費(fèi)用、降低了生產(chǎn)成本，而且節(jié)約了更換模具的時(shí)間。   

1.2 切割速度快  方圓激光采用YAG激光發(fā)生器，功率最大600W ，6mm 厚 的 碳 鋼 切 割 速 度 為 30mm/min； 2mm 厚的不銹鋼切割速度為 60mm/min，不銹鋼越薄切割速度就越快，從而提高生產(chǎn)效率。 

1.3 切割能量高、密度可控性好  激光束熱量傳遞少，局部熱量高，可實(shí)現(xiàn)狹窄的直邊割縫，熱影響區(qū)寬度很小，切縫附近材料的性能也幾乎不受影響，局部變形很小，可忽略不計(jì)。激光切割與被加工工件無接觸，工件無機(jī)械變形，因?yàn)闆]有刀具也就不存在刀具變形的情況，不用更換磨損刀具，降低刀具打磨、購買成本；在加工不同形狀的零件時(shí)更談不上更換刀具，改變輸出參數(shù)就能滿足不同形狀的加工。由于與計(jì)算機(jī)相結(jié)合，便于對(duì)不銹鋼板的整體排料，節(jié)約原料，也容易形成自動(dòng)化加工。 

1.4 清潔、安全、無污染  激光切割技術(shù)大大改善了操作人員的工作環(huán)境，由于切割過程沒有刀具與共建的摩擦接觸，因摩擦產(chǎn)生的噪音就沒有了。因此，激光切割具有噪聲低，振動(dòng)小，無污染的特點(diǎn)。 

1.5 缺點(diǎn)  受激光器功率和設(shè)備體積的限制，激光切割只能切割中 、小厚度的板材和管材，隨著工件厚度的增加，切割速度、切割精度等明顯下降。激光切割設(shè)備費(fèi)用高，大型激光切割設(shè)備的價(jià)格約為 150 萬元以上，方圓激光切割機(jī)在60萬元左右，一次性投資大。 

2 影響激光切割精度的因素  切割精度是衡量激光切割工藝好壞的重要組成部分，不銹鋼切割精度不僅取決于激光切割設(shè)備的精度，也取決于如下多個(gè)因素：

2.1 激光束的形狀。激光束通常為錐形，切出來的縫隙自然也是錐形，在這種情況下，厚度越小的不銹鋼的切縫就越小，工件厚度越大，精度也就會(huì)越低，因此切縫越大。    

2.2 光斑大小。錐形的激光光束聚集后光斑會(huì)越變?cè)叫。�切縫就會(huì)越來越窄，該激光切割的精度也變得越來越高。最小的光斑可以達(dá)到 0.01mm。光斑大小嚴(yán)重影響著激光切割精度。 

2.3 材料成分不同。切割的精度會(huì)因材料的成分不同存在差異，同一材質(zhì),局部使用材料會(huì)有所不同。激光切割精度在一定程度上也受工件材質(zhì)的影響。 

2.4 工作臺(tái)。無論是簡單的工作臺(tái)，還是高精度的工作臺(tái)，會(huì)導(dǎo)致高精度的激光切割效果。3.在數(shù)控機(jī)床中，工作臺(tái)是可以移動(dòng)的，工作臺(tái)移動(dòng)軌跡的精度，工作臺(tái)的平整度等也會(huì)對(duì)切割精度有影響。           

3.1 熔化切割穿孔技術(shù)  輸入的激光束功率密度大，能量高，光束照射點(diǎn)處材料內(nèi)部開始蒸發(fā)，形成孔洞，小孔被熔化金屬包圍，與光束同軸的輔助氣流把孔洞周圍的熔融材料帶走。工件移動(dòng)，小孔按切割方向同步橫移形成一條切縫完成切割。  對(duì)于熱切割技術(shù),一般都必須采用沖頭在板上穿一個(gè)小孔然后再用激光從小孔處開始進(jìn)行切割的方法，只有少數(shù)加工工件在加工時(shí)可以從板邊緣開始。對(duì)于沒有沖壓裝置的激光切割機(jī)有兩種穿孔的基本方法：爆破穿孔：材料經(jīng)連續(xù)激光的照射后在中心形成一個(gè)凹坑,與激光束同軸的氧流很快將熔融材料去除形成一個(gè)孔。孔的大小與板厚有關(guān),對(duì)較厚的板爆破穿孔孔徑較大,且不圓,不宜在加工精度要求較高的零件上使用,只能用于廢料上。此外由于穿孔所用的氧氣壓力與切割時(shí)相同,飛濺較大。脈沖穿孔：采用高峰值功率的脈沖激光使少量材料熔化或汽化, 常用空氣或氮?dú)庾鳛檩o助氣體。穿孔直徑較小,其穿孔質(zhì)量優(yōu)于爆破穿孔。所使用的激光器具有較高的輸出功率，須要有較可靠的氣路控制系統(tǒng),以實(shí)現(xiàn)氣體種類、氣體壓力的切換及穿孔時(shí)間的控制。在采用脈沖穿孔的情況下,為了獲得高質(zhì)量的切口,過渡技術(shù)應(yīng)加以重視，在工業(yè)生產(chǎn)中主要采用同時(shí)改變脈 沖寬度和脈沖頻率的辦法，取得良好的效果。 

3.2 氧化熔化切割  材料在激光束的照射下在氧氣中被點(diǎn)燃，與氧氣發(fā)生激烈的化學(xué)反應(yīng)，這種反應(yīng)是放熱的反應(yīng)，進(jìn)一步釋放熱量，在熱量作用下，不銹鋼上形成小孔，小孔被熔融的金屬包圍，不銹鋼內(nèi)部是充滿蒸汽的小孔，氧氣的氧氣流吹走熔渣，氧氣流速越高，燃燒化學(xué)反應(yīng)越劇烈，去除熔渣的速度也越快，但是氧氣流速也應(yīng)控制，不宜過快，若切縫口快速冷卻對(duì)切割質(zhì)量不利。當(dāng)然，氧氣流速不是越高越好，因?yàn)榱魉龠^快會(huì)導(dǎo)致切縫出口處反應(yīng)產(chǎn)物即金屬氧化物的快速冷卻，這對(duì)切割質(zhì)量也是不利的。氧化熔化切割過程激光照射產(chǎn)熱，氧化反應(yīng)也產(chǎn)熱，因此使用氧作輔助氣體可獲得較高的切割速度。 

3.3 切割加工小孔（直徑小與板厚）變形情況的分析解決切割加工小孔徑變形常用的處理方式是根據(jù)激光切割機(jī)的功率大小選擇不同的切割方法。對(duì)于大功率激光切割機(jī)，在加工程序中應(yīng)將脈沖穿孔的軟穿刺方式改為爆破穿孔的普通穿刺方式，即采用爆破穿孔方式保證空洞表面光潔、無毛刺、變形小。對(duì)于較小功率的激光切割機(jī)在小孔加工為保證表面光潔度，應(yīng)采取脈沖穿孔的方式。

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2014-101601