激光切割机机有哪些技术特点
激光切割机的性能特点及行业应用
随着激光技术的不断发展与成熟，激光设备已经被广泛的应用在各行各业中，如激光打标机、激光焊接机、激光打孔机及激光切割机等等，特别是数控激光切割机械设备在最近几年内飞速发展，被广泛应用在钣金、五金制品、钢结构、精密机械、汽车配件、眼镜、首饰、铭牌、广告、工艺品、电子、玩具、包装等行业。数控激光切割机相比其他切割设备的显著优势主要体现在以下几个方面：
1、切割速度快，切割质量好，精度高：
2、切缝窄，切割面光滑，不损伤工件；
3、不受工件形状的影响，不受被切材料的硬度影响；
4、除对金属材质进行加工外，还可以对非金属进行切割加工；
5、节约模具投资，节省材料，更有效的节省成本；
6、操作简单，安全，性能稳定，提高新产品开发速度，具有广泛的适应性和灵活性。
数控金属激光切割设备机架是该激光设备最主要的部件，不仅绝大多数零部件都安装于机架上，而且还要承受工作台重力以及加、减速过程中的全部惯性冲击载荷。
数控金属激光切割机机架的设计与研发工作主要包括：
1、确定数控激光切割设备在各种工况及环境下快速、高精度、稳定运行的条件。
2、根据功能性要求确定机架的结构、参数，结合激光切割机的结构特点，建立起相应的动力学模型。
3、研究机架的结构、参数对机架的静、动态刚度及热稳定性的影响，并为机架设计提供理论根据。
4、确定机架与其他部件间的相互耦合关系。
因此，在数控金属切割机机架的设计中如何合理布置金属，减轻自重，提高机身刚度，降低温度变化对精度的影响，是设计过程中需要重点考虑的问题。
在数控金属激光切割机实际电路中，模拟信号与数字信号之间有一个强电干扰的问题。光电隔离电路的作用是在电隔离的情况下，以光为煤介传送信号，对输入和输出电路可以进行隔离.因而能有效地抑制系统噪声，消除接地回路的干扰，有响应速度较快、寿命长、体积小耐冲击等好处，使其在强-弱电接口，特别是在微机系统的前向和后向通道中获得广泛应用。
光电耦合器具有三个特点：
1、信号传递采取电-光-电的形式，发光部分和受光部分不接触，能够避免输出端对输入端可能产生的反馈和干扰；
2、抑制噪声干扰能力强；
3、具有耐用、可靠性高和速度快等优点，响应时间一般为数以内，高速型光电耦合器的响应时间有的甚至小于10ns。
故在数控激光切割机系统电路设计时，应该注意输入信号电路与单片机连接时的隔离。在这里，采用光电耦合是最常用的方法。
在工业制造系统占有份量很重的金属加工业，许多金属材料，不管它是什么样的硬度，都可以进行无变形切割。当然，对高反射率材料，如金、银、铜和铝合金，它们也是好的传热导体，因此激光切割机很困难，甚至不能切割。
尽管激光切割机技术具体明显的巨大优势，但是作为高新科技设备，要使用激光切割机达到理想的切割加工效果，也必须掌握其加工技术参数与操作流程。特别在金属激光切割机切割加工过程中，要选择合适的切割速度，否则可能会造成几种不良的切割结果，主要表现在如下：
1、当激光切割速度太快时，会造成如下不良结果：
①法切割，火花乱喷；
②造成切割面呈现斜条纹路，且下半部产生熔渍；
③造成整个断面较粗，但无熔渍产生；
2、相反，当激光切割速度太慢，又会造成：
①造成过熔状况，切割面较粗糙。
②切缝变宽，在尖角部位整个溶化。
③影响切割效率。
所以，为了使激光切割机设备更好的发挥其切割功能，可以从激光设备切割火花来判断进给速度是否合适：
1、如果火花由上往下扩散，则表明切割速度恰当；
2、如果火花向后倾斜时，则表明进给速度太快；
3、如果火花呈现不扩散且少，凝聚在一起，则表明速度太慢。
大多数有机与无机材料都可以用激光切割机。激光切割技术相比其他传统的切割方式具有无法比拟的明显优势。激光切割机不但具有切缝窄，工件变形小的主要特性而且激光切割具有速度快、效率高、成本低、操作安全、性能稳定等特点。
近年来，随着大功率激光器的飞速改进和发展，其在工业中的应用从最初只用于小的或者微细结构的加工发展到广泛用来进行大结构件的加工，越来越受到人们的关注和认可并普遍应用于机械制造、航空航天、汽车工业、粉末冶金、生物医学微电子行业等工业界领域。其中薄板的激光焊接主要应用于航空航天工业和汽车制造业。
长久以来，飞机结构件之间的连接一直采用落后的铆接工艺，主要原因是飞机结构采用的铝合金材料是热处理高强化铝合金，一经熔焊后，热处理强化效果就会丧失，而且晶间裂纹难以避免。因此，普通氩弧焊等熔焊方法在飞机制造中的应用成为禁区。另一方面，在80年代初，铝及其合金的激光加工十分困难，被认为是不可能的。主要是由于铝合金存在对10.6mm波长激光的高反射和自身的高导热性。在当时，激光加工主要使用波长为10.6mm的CO2激光器，而铝对CO2激光的反射率高达97%，通常作为反射镜使用。但是，激光加工的优越性又极大地吸引着从事激光材料加工的科研工作者。他们为此付出了大量的时间和精力来研究铝合金激光加工的可能性。
目前，高强铝合金激光焊接成果已经成功应用于欧洲空中客车公司飞机制造中，其铝合金内隔板均采用激光加工，实现了激光焊接取代传统铆接工艺。激光焊接技术的采用，大大地简化了飞机机身的制造工艺，使机身重量减轻18%，成本下降21.4%~24.3%，被认为是飞机制造业的一次技术大革命。
光学是一级学科物理学的二级学科。本学科点主要研究光子的产生、调制、传输、探测、存储和应用，侧重于光电子与光信号处理、光通信技术、声光技术、激光现代制造科学和激光超短脉冲技术，面向光存储、光通信和光制造等高新技术产业。目前正在承担2项“973”、1项“863”、2项北京市自然科学重点基金、5项国家自然科学基金和20余项省部级科研项目的研究。本学科点由我校激光工程研究院和应用数理学院联合组建。激光工程研究院部分的研究方向为：
①激光现代制造科学，主要研究光制造中激光与物质的相互作用，大功率激光光束传输、变换和质量诊断技术，纳米材料与微纳技术；
②激光超短脉冲及宽带可调谐激光技术，主要研究飞秒脉冲激光技术、全固态激光器、全半导体激光器、LD泵浦自锁模激光器；
③激光技术的研究与应用，主要研究全彩色激光表演系统、大功率激光传输光纤与光纤耦合器件、激光测量技术等。
本学科点于1981年获得硕士学位授予权，1985年获得博士学位授予权，1996年开始招收项目博士后，2001年被评为国家重点学科。 光学工程是激光技术与制造技术、信息技术、生物医学、材料科学与工程、自动控制技术等交叉结合的学科。本学科点是我校“211工程”重点建设学科，依托于国家产学研激光技术中心、中德激光技术中心和北京市激光技术实验室，装备有国内乃至东亚地区最先进的激光加工设备和测试仪器。本学科点的特色是：产学研结合与国际合作。
本学科点的研究方向为：
①激光现代制造技术与工程，主要研究大功率激光三维切割与焊接技术、高强铝合金等特种材料的激光加工技术、激光三维快速直接成形、脉冲激光打孔、激光熔覆与表面改性、激光加工软件等；
②激光光电子工程，主要研究大功率固体激光器、大功率半导体激光器、飞秒脉冲激光微加工系统；
③激光微技术，主要研究生物芯片的准分子激光制造技术、纳米粉激光三维微成形、激光制备新材料等。
本学科点是北京市重点学科，具有一级学科硕士、博士学位授予权和工程硕士及同等学历申请硕士学位的授予权。
现如今铝合金产品屡见不鲜什么铝合金门窗、锅碗瓢盆等都是运用铝材生产。铝合金的平凡使用也促进了铝合金连续焊接技术的发展，等同于连续激光焊接机技术也迈进了铝材应用的市场领域。传统铝合金焊接过程会存在大量的难点，如铝合金热导率很大，大约为钢的2—4倍，同时耐热性很差，一般铝合金均不耐高温，膨胀系数大，容易产生焊接变形，焊接裂纹倾向也很明显。正在于有了这些焊接难点，所以才让加工厂家日夜苦恼找不到更好的焊接方法。
这些看起来不起眼的纰漏往往都会带来意想不到的麻烦，而运用激光焊接技术出产的连续激光焊接机就能轻易的解决这些细小的纰漏，从而有效的保障了加工件的完整并且不被损坏。那么连续激光焊接机又是怎么超越传统焊接的呢？它又具备那些更好的优势呢？那么请往下面看，博特激光给您讲解一下连续激光焊接机好在哪里。
铝合金连续激光焊接机三大独特优势：
一、激光束能量密度高，焊接速度高，在非焊接部位或轻微影响无影响，无字库的热变形；
二、效率高，无工具磨损，节省耗材，速度常规焊字的8-10倍，能长时间工作，发热量低，无污染；
三、体积小巧，操作方便，效率高，焊点牢固美观，能全方位地实现转型，是一个非常灵活的方式焊接的话；
从现实生活中发现激光焊接确实要强于传统的焊接技术，你别光看只有三个特点，其优越的特点具备很多只是没有全部列出而已。连续激光焊接机在铝合金加工上还是起到了很重要的环节，据市场调查分析现已有70%的加工厂家都采用连续激光焊接机进行生产加工，并且效果都十分的优越。
回答完毕，本回答由（博特）激光焊接机厂家解答，谢谢！
关键词: 铝合金 搅拌摩擦焊 激光焊 激光- 电弧复合焊 电子束焊
1 铝合金焊接的特点
铝合金由于重量轻、比强度高、耐腐蚀性能好、无磁性、成形性好及低温性能好等特点而被广泛地应用于各种焊接结构产品中,采用铝合金代替钢板材料焊接,结构重量可减轻50 %以上。
铝合金焊接有几大难点:
①铝合金焊接接头软化严重,强度系数低,这也是阻碍铝合金应用的最大障碍
②铝合金表面易产生难熔的氧化膜(Al2O3 其熔点为2060 ℃) ,这就需要采用大功率密度的焊接工艺
③铝合金焊接容易产生气孔
④铝合金焊接易产生热裂纹
⑤线膨胀系数大,易产生焊接变形
⑥铝合金热导率大(约为钢的4 倍) ,相同焊接速度下,热输入要比焊接钢材大2～4 倍。
因此,铝合金的焊接要求采用能量密度大、焊接热输入小、焊接速度高的高效焊接方法。
2 铝合金的先进焊接工艺
针对铝合金焊接的难点,近些年来提出了几种新工艺,在交通、航天、航空等行业得到了一定应用,几种新工艺可以很好地解决铝合金焊接的难点,焊后接头性能良好,并可以对以前焊接性不好或不可焊的铝合金进行焊接。
2. 1 铝合金的搅拌摩擦焊接
搅拌摩擦焊FSW( Friction Stir Welding) 是由英国焊接研究所TWI ( The Welding Institute) 1991 年提出的新的固态塑性连接工艺[1～2 ] 。图1为搅拌摩擦焊接示意图[3 ] 。其工作原理是用一种特殊形式的搅拌头插入工件待焊部位,通过搅拌头高速旋转与工件间的搅拌摩擦,摩擦产生热使该部位金属处于热塑性状态,并在搅拌头的压力作用下从其前端向后部塑性流动,从而使焊件压焊在一起。图2 为搅拌摩擦焊接过程[4 ] 。由于搅拌摩擦焊过程中不存在金属的熔化,是一种固态连接过程,故焊接时不存在熔焊的各种缺陷,可以焊接用熔焊方法难以焊接的有色金属材料,如铝及高强铝合金、铜合金、钛合金以及异种材料、复合材料焊接等。目前搅拌摩擦焊在铝合金的焊接方面研究应用较多。已经成功地进行了搅拌摩擦焊接的铝合金包括2000 系列(Al- Cu) 、5000 系列(Al - Mg) 、6000 系列(Al - Mg - Si) 、7000 系列(Al - Zn) 、8000 系列(Al - Li) 等。国外已经.进入工业化生产阶段,在挪威已经应用此技术焊接快艇上长为20 m 的结构件,美国洛克希德·马丁航空航天公司用该项技术焊接了铝合金储存液氧的低温容器火箭结构件。
铝合金搅拌摩擦焊焊缝是经过塑性变形和动态再结晶而形成,焊缝区晶粒细化,无熔焊的树枝晶,组织细密,热影响区较熔化焊时窄,无合金元素烧损、裂纹和气孔等缺陷,综合性能良好。与传统熔焊方法相比,它无飞溅、烟尘,不需要添加焊丝和保护气体,接头性能良好。由于是固相焊接工艺,加热温度低,焊接热影响区显微组织变化小,如亚稳定相基本保持不变,这对于热处理强化铝合金及沉淀强化铝合金非常有利。焊后的残余应力和变形非常小,对于薄板铝合金焊后基本不变形。与普通摩擦焊相比,它可不受轴类零件的限制,可焊接直焊缝、角焊缝。传统焊接工艺焊接铝合金要求对表面进行去除氧化膜,并在48 h 内进行加工,而搅拌摩擦焊工艺只要在焊前去除油污即可,并对装配要求不高。并且搅拌摩擦焊比熔化焊节省能源、污染小。
搅拌摩擦焊铝合金也存在一定的缺点:
①铝合金搅拌摩擦焊接时速度低于熔化焊
②焊件夹持要求高,焊接过程中对焊件要求加一定的压力,反面要求有垫板
③焊后端头形成一个搅拌头残留的孔洞,一般需要补焊上或机械切除
④搅拌头适应性差,不同厚度铝合金板材要求不同结构的搅拌头,且搅拌头磨损快
⑤工艺还不成熟,目前限于结构简单的构件,如平直的结构、圆形结构。搅拌摩擦焊工艺参数简单,主要有搅拌头的旋转速度、搅拌头的移动速度、对焊件的压力及搅拌头的尺寸等。
2.2 铝合金的激光焊接
铝及铝合金激光焊接技术(Laser Welding) 是近十几年来发展起来的一项新技术,与传统焊接工艺相比,它具有功能强、可靠性高、无需真空条件及效率高等特点。其功率密度大、热输入总量低、同等热输入量熔深大、热影响区小、焊接变形小、速度高、易于工业自动化等优点,特别对热处理铝合金有较大的应用优势。可提高加工速度并极大地降低热输入,从而可提高生产效率,改善焊接质量。在焊接高强度大厚度铝合金时,传统的焊接方法根本不可能单道焊透,而激光深熔焊时形成大深度的匙孔,发生匙孔效应,则可以得到实现。
激光焊接铝合金有以下优点:
①能量密度高,热输入低,热变形量小,熔化区和热影响区窄而熔深大
②冷却速度高而得到微细焊缝组织,接头性能良好
③与接触焊相比,激光焊不用电极,所以减少了工时和成本
④不需要电子束焊时的真空气氛,且保护气和压力可选择,被焊工件的形状不受电磁影响,不产生X 射线
⑤可对密闭透明物体内部金属材料进行焊接
⑥激光可用光导纤维进行远距离的传输,从而使工艺适应性好,配合计算机和机械手,可实现焊接过程的自动化与精密控制。
现在应用的激光器主要是CO2 和YAG 激光器,CO2 激光器功率大,对于要求大功率的厚板焊接比较适合。但铝合金表面对CO2 激光束的吸收率比较小,在焊接过程中造成大量的能量损失。YAG激光一般功率比较小,铝合金表面对YAG激光束的吸收率相对CO2激光较大,可用光导纤维传导,适应性强,工艺安排简单等。
在焊接大厚度铝合金时,传统的焊接方法根本不可能单道焊透,而激光深熔焊时形成大深度的匙孔,发生匙孔效应,则可以得到实现。图3 为激光焊接时的小孔形状。图4 为激光深熔焊示意图[5 ] 。
铝及铝合金的激光焊接难点在于铝及铝合金对辐射能的吸收很弱,对CO2 激光束(波长为10. 6μm) 表面初始吸收率1. 7 %对YAG激光束(波长为1. 06 μm)吸收率接近5 %。图5 为不同金属对激光的吸收率。比较复杂,高频引弧时引起电极烧损和电弧摆动,起弧后稳定性不强,同时在电弧的高温状态下,电极迅速烧损。但激光与等离子弧复合可明显提高熔深和焊接速度
通常激光焊接铝合金时，会存在以下几个难点：
1.铝合金焊接容易产生气孔；
2.铝合金焊接易产生热裂纹；
3.焊缝线膨胀系数大，易导致焊接变形；
4.铝合金焊接接头软化严重，强度系数低，这也是阻碍铝合金应用的最大障碍；
5.合金表面易产生难熔的氧化膜(A12O3其熔点为2060℃)，这就需要采用大功率密度的焊接工艺；
6.铝合金热导率大（约为钢的4倍），相同焊接速度下，热输入要比焊接钢材大2～4倍
1)采取适当的表面预处理工艺.比如说砂纸打磨、表面化学浸蚀、表面镀等预处理措施.增加材料对激光的吸收率.
2)减小光斑尺寸,增加激光功率密度.
3)改变焊接结构,使激光束在间隙中形成多次反射.便于铝合金焊接
焊接难点二、易产生气孔和热裂纹
1) 经过多次焊接试验和研究发现,在焊接过程中调整激光功率波形,可以减少气孔不稳定塌陷,改变激光束照射的角度以及在焊接中施加磁场作用,都可以减少焊接时产生的气孔.
2)在使用YAG激光器时,可以通过调整脉冲波形,控制热输入,以减少结晶裂纹.
焊接难点三、焊接过程中,焊接接头力学性能下降
因为激光焊接铝合金有以下优势：
1、能量密度高，热输入低，热变形量小，熔化区和热影响区窄而熔深大；
2、冷却速度高而得到微细焊缝组织，接头性能良好；
3、与接触焊相比，激光焊不用电极，所以减少了工时和成本；
4、不需要电子束焊时的真空气氛，且保护气和压力可选择，被焊工件的形状不受电磁影响，不产生X射线；
5、可对密闭透明物体内部金属材料进行焊接；
6、激光可用光导纤维进行远距离的传输，从而使工艺适应性好，配合计算机和机械手，可实现焊接过程的自动化与精密控制。
激光焊接有两种基本模式：热导焊和深熔焊，前者所用激光功率密度较低（105～106W／cm2），工件吸收激光后，仅达到表面熔化，然后依靠热传导向工件内部传递热量形成熔池。这种焊接模式熔深浅，深宽比较小。
后者激光动车密度高（106～107W／cm2），工件吸收激光后迅速熔化乃至气化，熔化的金属在蒸汽压力作用下形成小孔激光束可直照孔底，使小孔不断延伸，直至小孔内的蒸气压力与液体金属的表面张力和重力平衡为止。小孔随着激光束沿焊接方向移动时，小孔前方熔化的金属绕过小孔流向后方，凝固后形成焊缝。这种焊接模式熔深大，深宽比也大。在机械制造领域，除了那些微薄零件之外，一般应选用深馆焊。
深熔焊过程产生的金属蒸气和保护气体，在激光作用下发生电离，从而在小孔内部和上方形成等离子体。等离子体对激光有吸收、折射和散射作用，因此一般来说熔池上方的等离子体会削弱到达工件的激光能量。并影响光束的聚焦效果、对焊接不利。
通常可辅加侧吹气驱除或削弱等离子体。小孔的形成和等离子体效应，使焊接过程中伴随着具有特征的声、光和电荷产生，研究它们与焊接规范及焊缝质量之间的关系，和利用这些特征信号对激光焊接过程及质量进行监控，具有十分重要的理论意义和实用价值。
气孔：两种,Mg蒸汽、难熔氧化膜卷入造成气孔；氢气孔；铝合金表面清洁,气氛保护的好些.焊接采用较小的线能量.
