1.汽化切割:
在高功率密度激光束的加熱下,材料的表面溫度上升到沸點溫度。速度足夠快,避免了熱傳導引起的熔化,于是一部分材料蒸發成蒸汽消失,一部分材料被輔助氣流作為射流從狹縫底部吹走。
2.熔化切割:
當入射激光束的功率密度超過一定值時,激光束照射點處的材料內部開始蒸發,形成空穴。這個小孔一旦形成,就會充當黑體吸收入射光束的所有能量。小孔被熔融金屬壁包圍,然后與光束同軸的輔助氣流將孔周圍的熔融物質帶走。隨著工件的移動,小孔同步向切割方向移動,形成狹縫。激光束繼續沿著該接縫的前緣照射,熔融材料被連續地或脈動地從接縫吹走。
3.氧化熔化切割:
熔化切割一般使用惰性氣體。如果改用氧氣或其他活性氣體,材料在激光束的照射下會被點燃,與氧氣發生激烈的化學反應,產生另一種熱源,稱為氧化熔化切割。具體描述如下:
(1)在激光束的照射下,材料表面被迅速加熱到著火溫度,然后與氧氣發生激烈的燃燒反應,釋放出大量的熱量。在這種熱量的作用下,材料內部形成充滿蒸汽的孔洞,孔洞周圍是熔化的金屬壁。
(2)燃燒物質轉移到爐渣中控制氧氣和金屬的燃燒速度,氧氣通過爐渣擴散到點火前沿的速度對燃燒速度也有很大影響。氧氣流量越大,燃燒化學反應和排渣越快。當然,氧氣流速越高越好,因為流速太快會導致反應產物即金屬氧化物在狹縫出口處快速冷卻,這對切割的質量也是不利的。
(3)顯然,氧化熔煉切割過程中有兩個熱源,即激光照射能量和氧氣與金屬發生化學反應產生的熱能。據估算,當使用切割時,氧化反應釋放的熱量約占切割所需總能量的60%。顯然,與惰性氣體相比,使用氧氣作為輔助氣體可以獲得更高的切割速度。
(4)在有兩個熱源的氧化熔化切割過程中,如果氧氣的燃燒速度高于激光束的移動速度,狹縫就顯得寬而粗糙。如果激光束的移動速度比氧氣的燃燒速度快,那么產生的狹縫就窄而平滑。
4.控制斷裂切割:
對于易受熱破壞的脆性材料,利用激光束加熱進行高速可控切割,稱為可控斷裂切割。這個切割工藝的主要內容是:激光束對脆性材料的小區域進行加熱,使該區域產生較大的熱梯度和劇烈的機械變形,導致材料產生裂紋。只要保持平衡的加熱梯度,激光束就可以將裂紋導向任何需要的方向。
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