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如何激光切割铜和其他反射性金属

信息来源:www.kmjgqg.com   2022-03-17 13:33:16

低碳钢和不锈钢的激光切割历史比较久,一直是CO2激光的主要应用之一。然而,传统上,CO2激光器不能为切割高反射率材料提供良好的解决方案。

光纤激光器的发射波长约为1.07 µm,而传统的CO2替代品的发射波长为10.6 µm。1.07 µm激光反射较少,因此更容易吸收,而且较短的波长可以聚焦到大约为CO2光束直径的1/10的光斑中,这提供了极 大的功率密度,使金属切割更容易。在如此高的功率密度水平下,诸如铜和黄铜之类的金属会迅速经历相变成为熔融状态,激光束迅速克服此类金属的反射率障碍,从而启动有效的切割过程。

如何激光切割铜和其他反射性金属

一、激光切割时的反射金属有哪些?

铜、黄铜、青铜、银、金和铝在固态时对红外光具有高度反射性

二、为什么激光切割黄铜和铜如此具有挑战性?

它们对红外激光的吸收低,使这些金属难以切割。

铜和黄铜(铜锌合金)是红外(IR)激光的良好反射材料(因此吸收率很差),尤其是在固态时。

纯铜在固态时可反射> 95%的近红外辐射(约1 µm波长)。

铜和其他反射金属的反射率在金属升温时会降低,并在材料熔化后急剧下降(例如,熔融态的铜降至70%以下)。

三、激光切割反射性金属时的常见问题

当选择优化的激光,光学器件和切割工艺时,激光束会迅速熔化反射材料的表面,然后与吸收性更高的熔融金属相互作用,从而启动高效,稳定的切割工艺。错误选择激光器和光学装置,或使用非较佳工艺参数可能会导致激光器过多地停留在固体金属上,从而导致过多的背向反射光。太多的反射反过来会导致切割过程效率低下,并可能损坏光学器件。

切割反射金属的关键阶段是过程的开始,尤其是激光与固体金属相互作用时的穿孔阶段。建立切口后,激光束主要与熔融材料相互作用。

四、成功进行铜和黄铜光纤激光切割的重要因素是什么?

以下工艺参数与通过光纤激光器穿孔和切割铜和黄铜有关:

1、切割速度

与较大进给速率相比,该工艺可以支持约10–15%的支撑,以避免切口熄灭的风险,从而在反射率较高的材料上施加高水平的光束能量。如有顾虑,可以较低的速度进行启动,在移动光束开始切割之前,需留出足够的停留时间以确保穿通孔。

2、焦点位置

对于穿孔和切割,都应在切割质量允许的范围内将焦点位置设置为靠近顶面。这使在过程开始时与光束相互作用的表面材料少,从而使光束的功率密度较大化,使材料更快熔化。

3、功率设定

使用可用于穿孔和切割的较大峰值功率可以减少材料处于反射状态的时间。

4、切割气

在穿孔和切割铜时,通常使用高压氧气作为切割气体以提高工艺可靠性。当使用氧气时,在表面上形成的氧化铜会降低反射率。对于黄铜,氮气作为切割气体效果很好。