激光切割的基础知识

激光切割的基础知识早在上世纪70年代，激光被用于切割。在现代工业生产中，激光切割更被广泛应用于钣金，塑料、玻璃、陶瓷、半导体以及纺织品、木材和纸质等材料加工。未来几年里，激光切割在精密加工和微加工领域的应用同样会获得实质的增长。当聚焦的激光束照到工件上时，照射区域会急剧升温以使材料熔化或者气化。一旦激光束穿透工件，切割过程就开始了：激光束沿着轮廓线移动，同时将材料熔化。通常会用一股喷射气流将熔融物从切口吹走，在切割部分和板架间留下一条窄缝，窄缝几乎与聚焦的激光束等宽。火焰切割火焰切割是切割低碳钢时采用的一种标准工艺，采用氧气作为切割气体。氧气加压到高达6bar后吹进切口。在那里，被加热的金属与氧气发生反应：开始燃烧和氧化。化学反应释放大量的能量（达到激光能量的五倍）辅助激光束进行切割。

切割气体图1激光束熔化工件，切割气吹走切口中的熔融材料和熔渣熔化切割熔化切割是切割金属时使用的另一种标准工艺。也可以用于切割其他可熔材料，例如陶瓷。采用氮气或者氩气作为切割气，气压2-20bar的气体吹过切口。氩气和氮气是惰性气体，这意味着它们不和切口中的熔化金属发生反应，仅仅将它们向底部吹走。同时，惰性气体可以保护切割边缘不被空气氧化。压缩空气切割压缩空气同样可以用来切割薄板。空气加压到5-6bar就足以吹走切口中的熔融金属。由于空气中接近80%都是氮气，因此压缩空气切割基本上属于熔化切割。等离子体辅助切割如果参数选择恰当，等离子体辅助熔化切割切口中会出现等离子体云。等离子体云由电离的金属蒸气和电离的切割气组成。等离子体云吸收CO2激光的能量并转化进工件，使更多的能量耦合到工件，材料会更快熔化，从而使切割速度更快。因此，这种切割过程也叫高速等离子体切割。等离子体云事实上相对于固体激光是透明的，因此等离子体辅助熔化切割只能使用CO2激光。左边：切口里面的等离子体增加了CO,激光的吸收右边：切口上面的等离子体阻碍了激光束气化切割气化切割将材料蒸发，尽可能减小了对周围材料的热效应影响。采用连续CO2激光加工蒸发低热量、高吸收的材料就可以达到上述效果，例如薄的塑料薄膜以及木材、纸、泡沫等不熔化的材料。超短脉冲激光使这项技术可以应用于其他材料。金属中的自由电子吸收激光并剧烈升温。激光脉冲不与熔融的粒子和等离子体反应，材料直接升华，没有时间将能量以热量的形式传给周围材料。皮秒脉冲烧蚀材料时没有明显的热效应，没有熔化和毛刺形成。Py化的村料*烟图3气化切割：激光使材料蒸发，燃烧。蒸气的压强使熔渣从切口排出参数：调整加工■程许多参数影响激光切割过程，其中一些取决于激光器和机床的技术性能，而另一些是变化的。偏振度偏振度表明多少百分比的激光被转换。典型的偏振度一般在90%左右。这对于高质量的切割已经足够了。焦点直径焦点直径影响切口宽度，可以通过改变聚焦镜的焦距改变焦点直径。更小的焦点直径意味着更窄的切口。焦点位置焦点位置决定了工件表面上的光束直径和功率密度以及切口的形状。激光功率

激光功率应和加工类型、材料种类和厚度相匹配。功率必须足够高以至于工件上的功率密度超出加工阈值。3025201510200040006000■低碳钢□不锈钢口铝合金输出激光/W3025201510200040006000■低碳钢□不锈钢口铝合金输出激光/W切割速度激光功率和切割速度必须互相匹配。太快或者太慢的切割速度都会导致粗糙度的增加和毛刺的形成。

EEfsSS图6EEfsSS喷嘴直径喷嘴的直径决定了从喷嘴中喷出的气体流量和气流形状。材料越厚，气体喷流的直径也要越大，相应地，喷嘴口的直径也要增大。气体纯度和气压氧气和氮气经常用作切割气体。气体的纯度和气压影响切割效果。采用氧气火焰切割时，气体纯度需达到99.95%。钢板越厚，采用的气体气压越低。采用氮气熔化切割时，气体纯度需要达到99.995%（理想情况是99.999%），熔化切割厚钢板时需要更高的气压。技术参数表在激光切割早期，使用者必须通过试运转自行决定加工参数的设置。现在，成熟的加工参数被存储在切割系统的控制装置中。对于每一种材料类型和厚度，都有对应的数据。技术参数表使得即使不熟悉这种技术的人也能顺利操作激光切割设备。有许多判定激光切割边缘质量的标准。像毛刺形式、凹陷、纹路等标准可以用肉眼判定；垂直度、粗糙度和切口宽度等则需要采用专用仪器来测量。材料沉积，腐蚀，热影响区域和变形也是衡量激光切割质量的重要因素。材料沉积锈斑条纹侵蚀垂直度毛刺图7好的切割，坏的切割。评价切割边缘质量的标准广阔的前景激光切割的持续成功，是其他大多数加工难以企及的。这种趋势今天仍在继续。在未来，激光切割的应用前景也将越来越广阔。气瞄0刘工作原理海光克将童国剧烈血暗J活性气钵：［疑气）与嶙生反应（杰烧L样故的降蒂将金煽峪化澈光剌杳1别才料,伸亶气或君筑气之类拊清性气体高气压下用于吹击切门中培化的M0D帽泊昭哦■、高中率哉趣冲那发戒者礁晓榭斗，热炀鼠小、不产生ts化协斗使用毗激光匚。蕴光.同体激光匚5•敝光，固侮激光，悟蹈以芨三倍购光踮玛日冲固脚光、COyJSjt困用于晚杼料主要是剑H主要是童Jffi,也可以是易潺的堑科透明材料「包括品体，坂增，薄金属拒、半导体一陶瓷材斗.木材，纸板、坊坦品.W4重要的加工•他焦点自桂、玲点位皿、激光功率.摸作覆成.气压■.噎潴直径,切客她度、偏振度玲点直径、姓点也L蠢先功率、操作璜式、气压.噎崩直径、切&li±度、信振置功率密度、频率、蒲冲宽度，腺冲醪擂、焦-点直径、濯洸功率.切割速度焦席形状和直径01-0.$rnm0.10.5mm0.01-0.01mm鱼要的庙堂许物滋贝！1玦形成程度、箱瀚ftfe.裙糙鼠切割由螺垂百度毛刺形成程底轮廓程氢桂捷度.切到边爆垂百虔［辎I成区域、裂强.毛刺、表苴粗辑度、切割山螺垂百查.抡廓箱度机器和军绑常有透演组*皈射褫的切割头、牛有激光切醐A器、3D系