激光切割工艺详解

激光切割工艺

发表于 2009-10-26 20:50 | 只看该作者发表的帖子

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激光切割工艺

激光切割的工艺参数

（1）光束横模

① 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。

② 低阶模与基模比较接近，主要出现在1～2kW的中功率激光器。

③ 多模是高阶模的混合，出现在功率大于3kW的激光器。

切割速度与横模及板厚的关系见图1。由图可以看出，300W的单模激光和500W的多模有同等的切割能力。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

3.0

O2

60

0.2

250

不锈钢

1.0

O2

150

0.1

40.0

O2

50

3.5

钛合金

10.0

O2

280

1.5

有机透明玻璃10.0

N2

80

0.7

氧化铝

1.0

O2

300

0.1

聚酯地毯

N2

260

0.5

棉织品（多层）15.0

N2

90

0.5

纸板

0.5

N2

300

0.4

波纹纸板

8.0

N2

300

0.4

石英玻璃

1.9

60

0.2

聚丙烯

5.5

N2

70

0.5

聚苯乙烯

3.2

N2

420

0.4

硬质聚氯乙烯7.0

N2

120

0.5

纤维增强塑料3.0

N2

0.3

木材（胶合板）18.0

N2

20

0.7

低碳钢

1.0

N2

450

-

500

3.0

N2

150

6.0

N2

50

1.2

O2

0.15 2.0

O2 400 0.15 3.0

O2 250 0.2 不锈钢1.0

O2 300 -

3.0

O2 120 胶合板18.0 N2

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

12

230

1

15

碳钢

6

230

1

15

304不锈钢

4.6

130

2

硼/环氧复合材料8

165

1

15

纤维/环氧复合材料12

460

0.6

20

胶合板

25.4

150

1.5

8

有机玻璃

25.4

150

1.5

8

9.4

150

1

20

混凝土

38

5

6

8

（2）激光功率

激光切割所需要的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。

（3）焦点位置（离焦量）

离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2.3kW、切割不同厚度钢板时，离焦量对切割质量的影响见图5。

（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8。

（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O2 N2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

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50%。氧气纯度对切割速度的影响见图9。