激光切割加工技术详解

• 二、连续激光切割分类
• 1.汽化切割 • 当聚焦到材料表面的激光功率密度非常高时，与热
传导相比，材料表面的温度上升极快，直接达到汽 化温度，而没有熔化产生。飞秒激光切割任何材料 都属于汽化切割，奈秒或连续激光切割只有在切割 一些低汽化温度的材料（如木材、碳素材料和某些 塑料）时，才属于汽化切割。
图3 切割品质与焦点位置的关系
图4 割缝宽度与焦点位置的关系
• (3)焦点判断
• a.打印法：使切割头从上往下运动，在塑料板上进行激光束打 印，打印直径最小处为焦点。
• b.斜板法：水平等速推动斜放的塑料板，激光束的最小（切痕 最小）处为焦点。
• c.蓝色火花法：去掉喷嘴，斜向吹高压空气，将脉冲激光打在 不锈钢板上，使切割头从上往下运动，直至蓝色火花最大处为 焦点。
• 2.3 影响连续激光切割质量的因素[3]
• 一、工件特性及激光光波长对切割质量的影响
• 直接工件特性及激光波长对影响材料对光束能量的 吸收率，而对激光能量的吸收是实现激光加工的前 提，吸收率的大小决定着激光加工的能量利用率。 一般非金属材料对紫外激光和10640nm的CO2激光的 吸收率很大，而对近红外输出的固体激光的吸收率， 却因材料不同有很大变化。
• 二、技术参数的影响
• 影响激光切割质量的主要技术参数，有喷嘴结构、气流、辅助气 体、切割速度、焦点位置、焦点大小、景深、穿孔、程序设计等。
• 1.气流与喷嘴
• 对气流的基本要求，是进入切口的气流量要大，速度要高，以便 有足够的动量将熔融材料喷射吹出，对于金属切割还要有足够的 氧化气流，使切口材料充分进行放热反应。
2 连续激光切割的基础
• 2.1 连续激光切割材料的特点[1] • 1.切割品质好 • 割缝窄（一般为0.1～0.5mm）、精度高（一般孔中
心距误差0.1～0.4mm，轮廓尺寸误差0.1～0.5mm）、
割缝粗糙度好（表面粗糙度一般为Ra12.5～25m）。
• 2.切割速度快、效率高 • 激光切割加工为无接触加工，惯性小，因此其加工
• 2.2 连续激光切割材料的机制及分类
• 一、连续激光切割机制
• 当激光功率超过一定阈值后，在材料被激光穿透前， 熔化的材料在激光喷嘴吹出的气流的助推下被反向 抛出，同时喷出物继续吸收激光能量，形成电浆， 这些电浆对激光的吸收率很大，屏蔽了部份激光向 材料表面的直接注入，使材料对激光的吸收减小， 导致加热熔化时间变长，热影响区域变大，因此激 光起始穿孔的口径较大。材料越厚，激光穿透的孔 径越大。当材料被激光穿透后，以一定速度移动光 束，则融蚀前缘熔化的材料，在激光喷嘴吹出的气 流的助推下被正向吹出，形成的电浆将在孔内（或 切缝内），此时电浆进一步吸收的激光能量，将通 过热传导传递到材料基体，这相当于增大了材料对 激光的吸收率，而使加热熔化时间变短，热影响区 域变小，切缝变窄。
• 2.透镜焦距、焦点位置与切割质量
• (1)透镜焦距与切割品质：激光切割的优点之一，是光束 能汇聚成很小的光点，获得极高的能量密度，从而切出 一窄的割缝，为此需要焦点光斑直径尽可能的小。一般 大此功 时率焦点CO光2激斑光直切径割在机0.中1～，0广.4m泛m采之用间1，27焦～深19在0m5m～的8m焦m距， 之间，需要控制焦点相对于被切割材料表面的位置不超 过焦深值。
• 2.氧助熔化切割 • 当激光切割金属材料时，若所吹辅助气体为氧气或
含氧的混合气体，使被激光加热的金属材料产生氧 化放热反应，这样在激光能量外就产生了另一个热 源——金属化学反应产生的热能，且两个热能共同 完成材料的熔化及切割，称之为氧助熔化切割。 • 3.无氧熔化切割 • 当激光切割材料时，若所吹辅助气体为惰性气体， 熔化的材料将不会与空气中的氧气接触，也就不会 产生化学反应，故称为无氧熔化切割。
产生极高的能量密度和功率密度，足以熔化任何金 属，还可以加工非金属，特别适合于加工高硬度、 高脆性及高熔点的其他方法难以加工的材料。 • 6.不易受电磁干扰 • 激光加工不像电子束加工必须在真空中才能进行。
• 7.激光束易于传送 • 通过外光路系统可以使激光束随意改变方向，甚至
可通过光纤传输，和数控机床、机器人连接起来， 构成各种灵活的弹性加工系统。 • 8.激光切割经济效益好 • 尤其对于其他传统方法很难加工的材料，采用激光 切割的优势更明显。 • 9.节能和节省材料 • 由于激光切割的割缝很窄，且为数控加工，可采用 软件套排整版加工，可节省材料15%～30%。
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• (2)焦点位置与切割品质[4,5]：焦点位置的控制好坏对于 切口品质影响极大。对于6mm以内金属薄板的切割，焦 点在材料表面上下一定范围内都可整洁（不粘熔渣）地 切割。加工金属的激光切割机主要采用电容非接触式间 隙传感器，跟踪精度在0.01～0.1mm，标称间隙在0.5～ 3mm，测量电极结构一般采用与喷嘴一体式结构或环式 结构。
速度快。 • 3.热影响区小、几乎无变形 • 虽然激光照射加工部位的热量很大、温度很高，但
照射光点很小，且光束移动速度快，所以其热影响 区很小。
• 清洁、安全、劳动强度低பைடு நூலகம்• 由于激光切割自动化程度高，可以全封闭加工、无
污染、噪声小，明显地改善了操作人员的工作环境。 • 5.几乎可用于任何材料的切割 • 激光亮度高、方向性好，聚焦后的光点很小，能够
激光切割加工技术
1概述 2 连续激光切割的基础 3 常用材料的激光切割特性 4 连续CO2激光的特色应用 5 脉冲固体激光的切割应用 6 连续固体激光的切割应用
1概述
• 激光切割是利用激光束聚焦形成的高功率密度光斑，将材料快速 加热至汽化温度，蒸发形成小孔洞后，再使光束与材料相对移动， 从而获得窄的连续切缝。连续激光可用于各种材料的高效率切割， 红外脉冲激光主要用于金属材料的精密切割，紫外脉冲激光主要 用于薄板金属或非金属材料的精密切割。连续激光切割加工是激 光则加是工激应光切用割的应重用要的领最域大，市而场CO。2激光切割加工各种金属和非金属，