激光切割技术综述

激光是一种通过受激辐射获得的增强光。

其基本特征:

高强度和亮度

波长和频率确定，单色性好。

良好的相干性和长的相干长度

方向性好，几乎是一束平行光。

当激光束照射到工件表面时，光能被吸收并转化为热能，使照射点的温度迅速升高，熔化气化，形成小凹坑。由于热扩散，光斑周围的金属熔化，小凹坑内的金属蒸气迅速膨胀，产生微爆炸，将熔体高速喷出，产生强烈的定向反冲击波，于是在加工面上打出一个上大下小的孔。

普通光和激光的比较

激光的产生

激光产生气体

激光切割的特点

与其他热切割方法相比，激光切割的特点是切割速度快、质量高。具体概括为以下几个方面。

(1)良好的切割质量

激光切割由于激光光斑小、能量密度高、切割速度快，可以获得较好的切割质量。

①激光切割切口窄，切口两侧平行并垂直于表面，切割零件的尺寸精度可达0.05 mm..

②切割表面光滑美观，表面粗糙度只有几十微米。甚至激光切割可以作为最后一道工序，零件可以直接使用，不需要机械加工。

(3)激光切割后，热影响区的宽度很小，切口附近材料的性能几乎不受影响，且工件变形小，切割精度高，切口的几何形状好，切口的截面形状呈现规则的矩形。激光切割、氧乙炔切割、等离子切割方法对比见表1，切割材料为6.2mm厚的低碳钢板。

(2)切割效率高

由于激光的传输特性，激光切割机一般配备多个数控工作台，整个切割过程可以全数控。操作时，只需更改数控程序，即可适用于切割不同形状的零件，既可用于二维切割，也可用于三维切割。

(3)切割速度快

使用功率为1200W的激光切割2mm厚的低碳钢板，切割速度可达600cm/min；5mm厚聚丙烯树脂板切割速度可达1200cm/min。激光切割时不需要对材料进行夹紧固定，不仅可以节省夹具，还可以节省装卸的辅助时间。

(4)非接触切割

激光切割时割炬和工件没有接触，没有刀具磨损。加工不同形状的零件不需要换“工具”，只需要改变激光的输出参数。激光切割过程噪音低、振动小、无污染。

(5)切割材料种类繁多。

金属基复合材料、皮革、木材和纤维等。但是，不同的材料由于其热物理性质和激光吸收率的不同，表现出不同的激光切割适应性。使用CO2激光器，各种材料的激光切割性能如表2所示。

(6)缺点

由于激光功率和设备体积的限制，激光切割只能切割中小厚度的板材和管材，切割速度随着工件厚度的增加而明显下降。

激光切割设备成本高，一次性投入大。

激光切割的应用范围

大多数激光切割机都是由数控程序控制，或者做成切割机器人。激光切割作为一种精密加工方法，几乎可以切割所有材料，包括金属薄板的二维切割或三维切割。

在汽车制造领域，车顶窗等空间曲线的切割技术得到了广泛的应用。大众汽车公司使用功率为500W的激光切割车身薄板和各种形状复杂的曲面零件。在航空航天领域，激光切割技术主要用于切割特殊航空材料，如钛合金、铝合金、镍合金、铬合金、不锈钢、氧化铍、复合材料、塑料、陶瓷和应时等。激光切割加工的航空航天零部件包括发动机火焰筒、钛合金薄壁机匣、飞机框架、钛合金蒙皮、机翼长桁、尾翼板、直升机主旋翼、航天飞机陶瓷隔热瓦等。

激光切割成形技术也广泛应用于非金属材料领域。它不仅能切割高硬度和脆性的材料，如氮化硅、陶瓷、应时等。它还可以切割和加工柔性材料，如布，纸，塑料板，橡胶等。如果用激光裁剪服装，可以节省10% 12%的服装材料，提高效率3倍以上。

激光加工的过程

激光光路

激光发生器

刻纹头

从图纸到零件

影响切割的因素

切割气体

焦点位置

如何提高切割质量