激光切割工艺详解

1、激光切割工艺发表于 2009-10-2620:50|只看该作者发表的帖子1#本文章共4286字，分3页，当前第1页，快速翻页：123激光切割工艺激光切割的工艺参数(1)光束横模基模又称为高斯模，是切割最理想的模式，主要出现在功率小于1kW的激光器。低阶模与基模比较接近，主要出现在12kW的中功率激光器。多模是高阶模的混合，出现在功率大于3kW的激光器。800W 多模050050* *211211500W 多模 300W 多模0100200300400切割速度/ommin=图 1 切割速度与横模及板厚的关系切割速度与横模及板厚的关系见图1。由图可以看出，300W勺单模?t光和500WW多模有同等

2、的切割能力。但是，多模的聚焦性差，切割能力低，单模激光的切割能力优于多模。常用材料的单模激光切割工艺参数见表1,多模激光切割工艺参数见表2。表1常用材料的单模激光切割工艺参数材料厚度/mm辅助气体切割速度/cmmin-1切缝宽度/mm功率/W低碳钢3.0O2600.2250不锈钢1.0O2150钛合金40.0O2503.5钛合金10.0O22801.5有机透明玻璃10.0N2800.7氧化铝1.0O2300聚酯地毯N22600.5棉织品（多层）15.0N2900.5纸板0.5N23000.4波纹纸板8.0N23000.4石英玻璃O2600.2聚丙烯5.5N2700.5聚苯乙烯3.2N24200

3、.4硬质聚氯乙烯7.0N21200.5纤维增强塑料0.3木材（胶合板）18.0N2200.7低碳钢1.0N2450-5003.0N21506.0N2501.20.152.0O24000.153.0O22500.2不锈钢1.0O2300-3.0O2120胶合板表2常用材料的多模激光切割工艺参数材料板厚/mm切割速度/cmmin-1切缝宽度/mm功率/kW铝12230115碳钢6230115304不锈钢4.6硼/环氧复合材料8165115纤维/环氧复合材料124600.620胶合板25.41501.58有机玻璃25.41501.5玻璃9.4150120混凝土38568(2)激光功率激光切割所需要的

4、激光功率主要取决于切割类型以及被切割材料的性质。汽化切割所需要的激光功率最大，熔化切割次之，氧气切割最小。激光功率对切割厚度、切割速度和切口宽度等有很大影响。一般激光功率增大，所能切割材料的厚度也增加，切割速度加快，切口宽度也有所加大。激光功率与板厚和切割速度的关系见图2。激光功率对切口宽度的影响见图3。肽激光熔化切割激光氧七切割120240360480切割速度Am miG(EEWWl!:(EEWWl!: 、*)0120240360480切割速度Am min激光功率与板厚和切割速度的关系500160017001800激光功率华 O&.激光功率对切口宽度的影响二(3)焦点位置(离焦量)离

5、焦量对切口宽度和切割深度影响较大。离焦量对切口宽度的影响见图4。一般选择焦点位于材料表面下方的约1/3板厚处，切割深度最大，切口宽度最小。采用激光功率为切割不同厚度钢板时，离焦量对切割质量的影响见图5。0.864206420I*I|12.3kW、-3-2-10I234、处割速度LLQaLLQaufuvMM口6焦点位置/7mm 八4离焦量对切口宽度的影响，一Jfivni 二丫二)：II,1-11上d|1f|J|fI离焦地对切割质盘的影响(4)焦点深度切割较厚钢板时，应采用焦点深度大的光束，以获得垂直度较好的切割面。但焦点深度大，光斑直径也增大，功率密度随之减小，使切割速度降低。若要保持一定的切割

6、速度，则需要增大激光的功率；切割薄板宜采用较小的焦点深度，这样光斑直径小，功率密度高，切割速度加快。(5)切割速度切割速度直接影响切口宽度和切口表面粗糙度。不同材料的板厚，不同的切割气体压力，切割速度有一个最佳值，这个最佳值约为最大切割速度的80%。切割速度与材料板厚的关系见图6,图中的上、下曲线分别表示能够切透材料的最大和最小切割速度。切割速度对切口宽度的影响见图7。切割速度对切口表面粗糙度的影响见图12108642121086426 6年骡0-4-3-2H0I2345焦点位置mmpII8。6切割速度与材料板厚的关系flL图 7 切割速度对切口宽度的影响l-JuDllrrlcI梦,EE/EE

7、/我翘匚S S1 一切口顶面彳 2 一切口底边50%氧气纯度对切割速度的影响见图9。仲:曲)图图S切割速度对切口表面粗融度的霰响切割速度对切口表面粗融度的霰响(6)辅助气体的种类和压力切割低碳钢较多采用O2作辅助气体，以利用铁-氧燃烧反应热促进切割过程，而且切割速度快，切口质量好，可以获得无挂渣的切口。切割不锈钢时，常使用O2N2混合气体或双层气流。单用O2在切口底边会发生挂渣。氧气纯度对切割速度有一定的影响，研究表明，氧气纯度降低2%切割速度就会降低本文章更多内容：1-2-3-下一页本文章共4286字，分3页，当前第2页，快速翻页：12360406040刘1S1S 制用由加4040刘EeEe

8、4 4朝提三tiffliSfi/em-min*110020030P400500切切11逋度逋度/eeeMT/eeeMT低碟钢低碟钢J早早度度3mm/1OOOW氧气压力98kP0f635mm979899 产氧气纯度/%八八二二EXD）底底喟 1L L10100 07 75 5a 低碟钢高合金钢图 9 氧气纯度对切割速度的影响以气体压力增大，动量增加，排渣能力增强，因此可以使无挂渣的切割速度增加。但压力过大，切割面反而会粗糙。激光氧气切割时，氧气压力对切割速度的影响见图10。镇气压力/kPa从图10中可以看出，当板厚一定时，存在一个最佳氧气压力，使切割速度最大；当激光功率一定时，切割氧气压力的最佳

9、值，随板厚的增加而减小。激光切割时，还需要根据被切割材料选用辅助气体。表3列出激光切割用主要辅助气体的适用材料。表3激光切割用主要辅助气体的适用材料辅助气体适用材料备注空气二EEEE 3/3/魁酒需Ca板厚一定*功率不同Ch）功率一定.板厚不阿图 10 班气压力对切割速度的影响LH7021014035105175切割厚度1.5mm以下，能获得良好的切割效果塑料、木材、合成材料、玻璃、石英氧化铝陶瓷所有气体均适用，空气成本最低氧气（O2）碳素钢切割速度高、质量好、切割面上有氧化物不锈钢切割速度高，切割面上有较厚的氧化层。切割边用于焊接时需要进行机加工铜用于切割厚度3mm以下时，能获得良好的切割面

10、氮气（N2）不锈钢切割速度低，但切割边的抗腐蚀能力不降低铝用于切割厚度3mml下时，切口整洁，切割面无氧化物馍合金-僦气（Ar）也可用于其他材料的切割激光切割的操作程序及技术要点(1)焦点位置的检出激光切割前需先根据材质调整光束焦点在工件上位置，由于激光束，特别是CO2气体激光,一般肉眼看不到，可采用图11所示的楔形丙烯块检测出焦点位置，然后调节割炬的高度，使焦点处于设定位置。图H利用楔形丙烯块检测焦点位置的方法(2)穿孔操作要点实际切割加工时，有的零件需从板材的内部开始切割，这就要先在板材上打孔。一种方法是采用连续激光，在薄板上穿孔，可以用正常的辅助气体压力，光束照射0.21s就能贯穿工件，

11、然后即可转入切割。当工件厚度较大(如板厚为24mm时，采用正常的气体压力穿孔，在工件表面上会形成尺寸比较大的熔坑。不但影响切割质量，而且熔融物质溅出可能损坏透镜或喷嘴。此时宜适当增大辅助气体的压力，同时略微增大喷嘴的孔径和喷嘴与工件的距离。这种方法的缺点是气体流量增加并使切割速度降低。另一种方法是采用脉冲激光穿孔，贯穿工件后再转为连续激光进行切割。用这种方法时，每一个脉冲的能量要高，而脉冲间隔时间宜稍长一些，这样可获得质量较好的穿孔，但脉冲穿孔所花的时间稍多些。(3)防止工件锐角转折处的烧熔用连续激光切割带有锐角的零件时，如切割参数匹配或操作不当，在锐角的转折处很容易发生自烧熔现象，不能形成转

12、角处的尖角。这不仅使该部位的质量变差，而且还会影响随后的切割。解决这一问题的办法是选择适宜的切割参数。而采用脉冲激光切割时不存在锐角转折处的烧熔问题。激光切割的质量（1）零件的尺寸精度激光切割的热变形很小，切割零件的尺寸精度主要取决于切割设备（包括驱动式工作平台）的机械精度和控制精度。在脉冲激光切割中，采用高精度的切割设备和控制技术，尺寸精度可达到微米级。CO2B冲激光切割3mmi的高碳钢时尺寸偏差小于50（im）（2）切口质量激光切割的切口质量主要包括切口宽度、切割面的倾斜角和切割面粗糙度等。切口质量要素如图12所示。1）切口宽度激光切割金属材料时，切口宽度同光束模式和聚焦后光斑直径有很大的

13、关系。根据光束模式和焦距，CO2激光束聚焦后的光斑直径一般在0.150.3mm之间。图12切口质量要素示意切割低碳钢薄板时，在适当加快切割速度的情况下，由于焦点设在工件的表面，切口宽度大致上等于光斑直径。随着切割板厚的增加，切割速度也下降，就形成上宽下窄的楔形切口见图12（a）,而且上部的切口宽度通常也大于光斑直径。CO2敷光切割碳素钢时，切口宽度一般约为0.20.3mmo2）切割面的倾斜角（0）激光切割厚板时，通常切口呈上宽下窄的楔形切口，有时切口下缘也出现倒V形见图12（b）。切割面的倾斜角0与切割方向有关。CO瑾续激光切割八边形碳素钢试件（见图本文章更多内容：本文章共4286字，分3页，

14、当前第3页，快速翻页：12313ca 连续激光切割八边形碳素钢试件（厚 19mm 低嵯钢 1A、B,C、D.E./、,H 指切割腆庠.方向和测定位置，切割速度 63cm/min）表4CO2连续激光切割八边形碳素钢试件切割面的倾斜角实测值13）时切割面的倾斜角实测值见表4。C切割方向及测定位置ABCDEFGH第1次测定值/()11100000第2次测定值/()01111平均值/()110.500.50.50.50.5注：1.激光器:CO选续激光，单模式，额定输出功率2000W2.切割速度为65cm/min。由表4可见，无论哪一个切割方向，切割面的倾斜角0都在01。之间，基本上看不出明显的倾斜。C

15、O2激光切割不锈钢时，为避免粘渣，焦点位置通常设在钢板表面以下部位，因此倾斜角0比切割碳素钢时略大，而且即使切割不锈钢薄板时也经常出现倾斜的切割面。切口下缘倒V形塌角量F,在激光照射功率密度P0=3X106W/cm2的条件下，其值大致为F=(1025)t(1)式中ZF塌角量，（1项t板厚，mm当激光照射功率密度P0增大时，塌角量4F就减小。因此采用高功率密度的激光束切割时，切口下缘倒V形塌角量就不明显。3）切割面的粗糙度影响激光切割面的因素很多，除光束模式和切割参数外，还与照射功率密度、切割工件的材质和厚度有关。另外，沿板厚方向切割面粗糙度也存在很大的差异，一般上部较细，下部较粗。功率1000

16、“eCO2连续激光切割钢材时，在激光照射功率密度Pg3X106W/cm2的条件下，切割面的平均粗糙度PZ可按式（1）估算。且随着激光照射功率密度P0的增大，粗糙度PZ相应减小。图14所示为低碳钢切割面的平均粗糙度与板厚的关系。由图可见，低碳钢切割面的粗糙度随板厚增大而变大。板厚1cm左右，其粗糙度为10pm级。低碳钢切割面的平均相糙度与板厚的关系事（1OOOW 的 C6 连续激光切割）J一一工图14图 15CO?激光切割低破钢中厚板时0.370.47MP；u离焦量为十。+5mm一表5CO2激光切割低碳钢中厚板时切割面最大粗糙度的实测值板厚/mm5,最大粗糙度与板厚的关系最大粗糙度与板厚的关系（激光功率为 3kW,辅助气体为加兜侨CO2敷光切割低碳钢中厚板时切割面最大粗糙度的实测值见表见图15。510152025板厚mmL L，- -1 150504030201040302010=二-19平均厚度/mm切割面最大粗糙度Rmax/jim上11.0013.8817.3225.9617.04中11.7219.4820.7229.6420.39下17.7635.5654.1637.66平均值/13.4922.9727.0736.5825.03由图16和表5可以看出，切割面粗糙度随板厚