激光切割技术想必大家都不陌生，激光切割技术是一种利用高能量密度的激光束对材料进行精确切割的加工方法，广泛应用于金属和非金属材料的加工领域，最常见的激光切割设备比如激光切割机等。

激光切割机就是利用了激光的切割原理，激光切割的核心在于高功率激光器产生的激光束，通过反射镜和透镜系统，特别是聚焦透镜，将光束聚焦成一个极小的光斑，通常直径只有几十微米到几百微米，从而在被加工材料表面形成极高的能量密度。

在高能量密度激光的照射下，材料表面迅速升温至数千至上万摄氏度，导致材料瞬间熔化、汽化或发生燃烧反应。对于金属材料，还可能伴随有氧化反应。

在激光切割过程中，常配合使用高压辅助气体（如氧气、氮气、氩气或压缩空气等），一方面帮助吹走熔融或汽化的材料，另一方面起到保护切割区域、减少热影响区、改善切割质量和速度的作用。

激光切割的主要工艺参数有切割用激光功率、切口宽度、切割速度和气体流量。其他因素，如激光光束质量、透镜焦距、离焦量和喷嘴等对于激光切割也有很大影响。

(1) 激光功率

对于材料性质而言，如果材料的表面反射率高，那么激光在照射到材料表面时，会有更多的能量被反射回去，而不是被材料吸收用于切割。因此，为了确保足够的能量用于切割，就需要提高激光的功率。同样地，如果材料的导热性好，那么激光照射产生的热量会迅速在材料内部传导，导致切割区域的温度难以升高到足以切割的程度。此时，也需要增加激光的功率来提高切割效率。此外，切割熔点高的材料也需要较大的激光功率和功率密度。因为熔点高的材料需要更多的能量才能使其熔化或汽化，从而达到切割的目的。

(2) 切割速度

在一定功率条件下，当板厚增加时，激光束需要穿透更深的材料层才能完成切割。研究表明，切割速度与切口表面粗糙度之间的关系并非简单的线性关系，而是呈现出U形变化的趋势。这意味着对于不同板厚的材料和不同的切割气体压力条件，存在一个最佳的切割速度点。在此速度下进行切割时，切口表面的粗糙度值能够达到最小，即切口最为平滑。一般来说，切割速度越快，所需功率越大。

(3) 气体的压力(气体流量)

在熔化切割过程中，激光束将材料加热至熔化温度，此时喷吹的气体起到将液态金属吹走的作用，从而形成切口。气体压力必须足够大，才能有效地清除熔化的金属，确保切割的连续性和切口的清晰度。气体流量与喷嘴形式也有关系，不同的喷嘴形式对气体的分布和流动特性有不同的影响，因此适用的气体流量也会有所不同。在选择喷嘴和设定气体流量时，需要根据具体的切割需求和材料特性来进行匹配和优化。

(4) 光束质量、透镜焦距和离焦量

激光器输出的光束模式对切割效果至关重要。基横模（TEM00模）光束因其光束直径小、能量集中，被认为是激光切割中最理想的光束模式。实验研究表明，非氧助切割时切口宽度与激光光斑直径几乎相等。光斑大小与聚焦透镜的焦距成正比，即焦距越长，光斑越大；焦距越短，光斑越小。然而，短焦距透镜虽然能够获得较小的光斑，但其焦深也相应减小。焦深越小，意味着对工件表面到透镜的距离要求也越严格。离焦量对切割速度和切割深度影响较大，切割过程中必须保持不变，一般离焦量选用负值，即焦点位置置于切割板面下面某一点。

(5)  喷嘴

喷嘴是影响激光切割质量和效率的一个重要部件。激光切割一般采用同轴(气流与光轴同心)喷嘴，喷嘴出口直径大小应依据板厚加以选择。另外，喷嘴到工件表面的距离对切割质量也有较大影响，为了保证切割过程稳定，这个距离必须保持不变。

工业材料的激光切割

(1) 金属材料的激光切割

几乎所有的金属材料在室温下都对红外光有很高的反射率。例如，对于10.6μm的二氧化碳激光的吸收率仅有0.5%~10%。但是当功率密度超过 的聚焦光束照在金属表面上时，能够在微秒级的时间内使表面开始熔化。大多数熔融态的金属的吸收率会急剧上升，一般可提高到60%~80%。因此，二氧化碳激光器已经成功地用于许多金属的切割实践。

现代激光切割系统可以切割的碳钢板的最大厚度已经超过了20mm，利用氧助熔化切割方法切割碳钢板，其切缝可控制在满意的宽度范围内，对薄钢板的切缝可窄至0.1mm左右。激光切割对于不锈钢板是一种有效的加工手段，它可以把热影响区控制在很小的范围内，从而很好地保持其耐腐蚀性。大多数合金结构钢和合金工具钢都能够用激光切割方法得到良好的切边质量。

铝及铝合金不能用氧助熔化切割，要采用熔化切割机理，铝激光切割需要很高的功率密度以克服它对10.6μm 波长的激光的高反射率。1. 06μm 波长的YAG 激光束由于有较高的吸收率，能够大幅度地提高铝激光切割的切割质量和速度。

飞机制造业常用的钛及钛合金采用氧气作辅助气体时化学反应激烈，切割速度较快，但是易在切边形成氧化层，甚至引起过烧。采用惰性气体作为辅助气体比较稳妥，可以确保切割质量。

大多数镍基合金也可实施氧助熔化切割。铜及铜合金反射率太高，基本上不能用10.6μm的二氧化碳激光进行切割。

(2) 非金属材料的激光切割

10.6μm的二氧化碳激光束很容易被非金属材料所吸收，它的低反射率和蒸发温度使吸收的光能几乎全部传入材料内部，并在瞬间引起汽化形成孔洞，进入切割过程的良性循环。塑料、橡胶、木材、纸制品、皮革、天然织物及其他有机材料都可以用激光进行切割。但是木材的厚度需有所限制，木板厚度在75mm内，层压板和木屑板约为25mm。无机材料中石英和陶瓷可以用激光进行切割，后者宜用控制断裂切割且不可采用高功率。玻璃和石头一般不宜用激光切割。

其他难以用常规方法加工的材料，如复合材料、硬质合金等都可以用激光切割，但是要经过实验选择合理的切割机理和工艺参数。

在实际的激光切割技术应用中，提升切割效率、改进切割质量、降低切割成本是我们经常需要考虑的事情之一。

提升激光切割技术以提高生产效率、切割质量和降低成本，可以从以下几个方面着手：

1、随着激光技术的进步，使用更高功率的激光器（如万瓦级）可以显著提升切割速度，同时减少热影响区和材料变形，使得切割更加高效且质量更佳，尤其适用于较厚材料的切割。

2、合理调整激光功率、切割速度、辅助气体类型和压力、喷嘴与材料的距离等参数，依据具体材料和切割需求进行精细化设置，通过多次试验找到最优参数组合，可以提高切割效率和质量。

3、通过自动调焦系统，根据材料厚度和类型自动调整激光焦点位置，确保切割精度。

4、减少非切割时间，通过快速移动切割头到下一个切割起点，提高整体作业效率。

5、自动检测材料边缘和倾斜角度，自动调整切割路径，减少材料浪费和预处理时间。

6、利用CNC软件进行模拟切割，规划最简洁的切割路径，减少空行程，提高材料利用率和切割速度。

7、定期对激光切割机进行维护和保养，如更换易损件、清洁光学元件、校准设备等，可以确保设备长期稳定运行，维持最佳切割性能。

8、保持激光切割机的工作环境清洁、温度适宜、湿度适中，避免灰尘和湿度过高对设备和切割效果的影响。

9、采用更先进的CNC控制系统和软件，提升控制精度和响应速度，支持更复杂的切割任务。

10、持续关注激光技术的新进展，如更高效的激光源、更先进的光学系统、智能化软件算法等，以不断提升切割能力。

转自：冲压帮

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