激光切割技术的应用

激光切割技术的应用——氧化碳气体激光加工技术

经过近40年的实践，人们主要用二氧化碳气体激光加工技术来进行切割工作。二氧化碳气体激光加工技术大部分应用在切割领域的理由是同时具备精度高、效率好的2大优势，这是传统的冲切、等离子及火焰等切割技术所不具备的。

二氧化碳气体激光加工技术大部分应用在切割领域的理由是同时具备精度高、效率好的2大优势，这是传统的冲切、等离子及火焰等切割技术所不具备的。在发达国家，激光切割机的年销售量约为冲床的2倍。而中国的情况正好相反，冲床的年销售量是激光切割机的数倍。因此，中国是最有潜力的市场。（1）在切割板厚在3mm以下的金属材料时，激光应具备自动除去毛刺的功能。一般来说，机械运动时，为了保证轨迹精度，需要在拐点之前进行减速，过了拐点之后又要进行加速。在这一过程中如果不对输出功率进行相应的控制，就会造成拐角处过热，尤其是小于90°的尖角。毛刺就是由于过热所造成的。具备此功能的激光切割机在展示时，都会加工带尖角的样品。而不具备此功能的激光切割机在展示时，都会加工圆孔或方孔，避开尖角加工的弱点，突出速度的优点。（2）提到了速度，就不得不讨论加工头上的静电感应装置耐等离子的问题。大多的激光切割机在加工金属板时，是采用静电高度控制方式。而高速切割易产生等离子（见图2），干扰静电感应装置的动作，引起加工不良。高速加工还要求静电感应装置的反应速度要快，不然喷嘴会和隆起的材料发生碰撞。切割碳钢中厚板（3～10mm）时，问题最多的也是在尖角位置。如果没有低脉冲控制技术，在拐角处形成圆角。（3）切割碳钢厚板（10mm以上）时，如果激光加工机的光模不理想，除在尖角处易发生熔化之外，在加工过程中也容易发生过度燃烧，影响加工品质。（4）切割不锈钢板（6mm以上）时，易发生如图5所示的等离子，需要激光切割具有等离子保护功能。（5）切割铝材等高反射材料时，需要激光切割机具有防反射光功能。（6）对于飞行光路的激光切割机来说，不具备光路等长装置，将无法保证在工作台的不同位置，切割出同一质量的产品。

激光切割技术的应用——金属材料的激光切割

虽然几乎所有的金属材料在室温对红外波能量有很高的反射率，但发射处于远红外波段10.6um光束的CO2激光器还是成功的应用于许多金属的激光切割实践。金属对10.6um激光束的起始吸收率只有0.5%~10%，但是，当具有功率密度超过106w/cm2的聚焦激光束照射到金属表面时，却能在微秒级的时间内很快使表面开始熔化。处于熔融态的大多数金属的吸收率急剧上升，一般可提高60%~80%。

（1）碳钢。

现代激光切割系统可以切割碳钢板的最大厚度可达20MM，利用氧化熔化切割机制切割碳钢的切缝可控制在满意的宽度范围，对薄板其切缝可窄至0.1MM左右。

（2）不锈钢。

激光切割对利用不锈钢薄板作为主构件的制造业来说是个有效的加工工具。在严格控制激光切割过程中的热输入措施下，可以限制切边热影响区变得很小，从而很有效的保持此类材料的良好耐腐蚀性。

（3）合金钢。

大多数合金结构钢和合金工具钢都能用激光切割方法获得良好的切边质量。即使是一些高强度材料，只要工艺参数控制得当，可获得平直、无粘渣切边。不过，对于含钨的高速工具钢和热模钢，激光切割时会有熔蚀和粘渣现象发生。

（4）铝及合金。

铝切割属于熔化切割机制，所用辅助气体主要用于从切割区吹走熔融产物，通常可获得较好的切面质量。对某些铝合金来说，要注意预防切缝表面晶间微裂缝产生。

（5）铜及合金。

纯铜（紫铜）由于太高的反射率，基本上不能用CO2激光束切割。黄铜（铜合金）使用较高激光功率，辅助气体采用空气或氧，可以对较薄的板材进行切割。

（6）钛及合金。

纯钛能很好耦合聚焦激光束转化的热能，辅助气体采用氧时化学反应激烈，切割速度较快，但易在切边生成氧化层，不小心还会引起过烧。为稳妥起见，采用空气作为辅助气体比较好，以确保切割质量。

飞机制造业常用的钛合金激光切割质量较好，虽然切缝底部会有少许粘渣，但很容易清除。

（7）镍合金。

镍基合金也称超级合金，品种很多。其中大多数都可实施氧化熔化切割。

激光切割技术的应用——数字纸制品加工技术

对传统模切工艺来说，激光数字纸制品加工技术的效率和灵活性具有强大的竞争能力。

滚筒对滚筒的激光系统可实现步进式移动，使系统间歇或按读数的方式运动，在运动的过程中完成裁切，激光系统连续的运动是以事先编排好的冲裁程序为依据的。通过调整裁切速度来实现光束是否彻底穿透材料，完成对材料的裁切。如果对激光参数的设置不同，可将材料压出不同深度的线痕，或优势

激光数字纸制品加工技术有很多优势。从灵活性角度来讲，该技术可以加工出任何已经编制好加工程序的形状；而且激光可以在任何方向上完成裁切。模板的形状可以快速地改变，不需要任何工具的帮助，为加工有竞争力的个性化包装或商标提供了可能。精确性也是数字系统的优势之一。用激光进行纸制品加工可以补偿印刷和印后加工过程中存在的不准确，如材料可能会发生伸缩变形，激光可以根据这些变形进行调整，而传统的模板制作就不能了。

激光数字纸制品加工技术在生产效率和生产力方面也同样令人青睐，在最后一分钟还可以对设计方案进行修改，而不会影响整个生产过程。简单和复杂的形状都花同样的费用，在同样的时间内完成。从回报的角度来说，终端用户可以控制短版或中版生产，而不用制造大量的模板。可以更快地根据客户需求做出反应，因为这不需要制作铸模。

从审美学的角度出发也同样获得肯定的答复。激光的无压力裁切过程通常不会损坏材料，而且在对不干胶商标进行测试时，发现通过激光轻压裁切的商标比旋转铸模制造的商标具有更好的剥离性。

光信0801班陈磊

20081182008