想学激光切割必须掌握的基础知识！

早在上世纪 70 年代，激光就被首次用于切割。在现代工业生产中，激光切割更被广泛应用于钣金，塑料、玻璃、陶瓷、半导体以及纺织品、木材和纸质等材料加工。

未来几年里，激光切割在精密加工和微加工领域的应用同样会获得实质的增长。

激光切割

当聚焦的激光束照到工件上时，照射区域会急剧升温以使材料熔化或者气化。一旦激光束穿透工件，切割过程就开始了：激光束沿着轮廓线移动，同时将材料熔化。通常会用一股喷射气流将熔融物从切口吹走，在切割部分和板架间留下一条窄缝，窄缝几乎与聚焦的激光束等宽。

火焰切割

火焰切割是切割低碳钢时采用的一种标准工艺，采用氧气作为切割气体。氧气加压到高达 6 bar 后吹进切口。在那里，被加热的金属与氧气发生反应：开始燃烧和氧化。化学反应释放大量的能量（达到激光能量的五倍）辅助激光束进行切割。

图1 激光束熔化工件，切割气吹走切口中的熔融材料和熔渣

熔化切割

熔化切割是切割金属时使用的另一种标准工艺。也可以用于切割其他可熔材料，例如陶瓷。 采用氮气或者氩气作为切割气，气压 2-20 bar 的气体吹过切口。氩气和氮气是惰性气体，这意味着它们不和切口中的熔化金属发生反应，仅仅将它们向底部吹走。同时，惰性气体可以保护切割边缘不被空气氧化。 压缩空气切割

压缩空气同样可以用来切割薄板。空气加压到 5-6 bar 就足以吹走切口中的熔融金属。由于空气中接近 80% 都是氮气，因此压缩空气切割基本上属于熔化切割。 等离子体辅助切割

如果参数选择恰当，等离子体辅助熔化切割切口中会出现等离子体云。等离子体云由电离的金属蒸气和电离的切割气组成。等离子体云吸收 CO2激光的能量并转化进工件，使更多的能量耦合到工件，材料会更快熔化，从而使切割速度更快。因此，这种切割过程也叫高速等离子体切割。 等离子体云事实上相对于固体激光是透明的，因此等离子体辅助熔化切割只能使用 CO2激光。

气化切割

气化切割将材料蒸发，尽可能减小了对周围材料的热效应影响。采用连续 CO2激光加工蒸发低热量、高吸收的材料就可以达到上述效果，例如薄的塑料薄膜以及木材、纸、泡沫等不熔化的材料。

超短脉冲激光使这项威廉希尔官方网站 可以应用于其他材料。金属中的自由电子吸收激光并剧烈升温。激光脉冲不与熔融的粒子和等离子体反应，材料直接升华，没有时间将能量以热量的形式传给周围材料。皮秒脉冲烧蚀材料时没有明显的热效应，没有熔化和毛刺形成。

图3 气化切割

激光使材料蒸发，燃烧。蒸气的压强使熔渣从切口排出 参数：调整加工过程 许多参数影响激光切割过程，其中一些取决于激光器和机床的威廉希尔官方网站 性能，而另一些是变化的。

偏振度

偏振度表明多少百分比的激光被转换。典型的偏振度一般在 90% 左右。这对于高质量的切割已经足够了。

焦点直径

焦点直径影响切口宽度，可以通过改变聚焦镜的焦距改变焦点直径。更小的焦点直径意味着更窄的切口。

焦点位置

焦点位置决定了工件表面上的光束直径和功率密度以及切口的形状。

图4 焦点位置：工件内部，工件表面和工件上方

激光功率

激光功率应和加工类型、材料种类和厚度相匹配。功率必须足够高以至于工件上的功率密度超出加工阈值。

图5 更高的激光功率可以切割更厚的材料

工作模式

连续模式主要用于切割毫米到厘米尺寸的金属和塑料的标准轮廓。而为了熔化穿孔或者产生精密的轮廓，则采用低频的脉冲激光。

切割速度

激光功率和切割速度必须互相匹配。太快或者太慢的切割速度都会导致粗糙度的增加和毛刺的形成。

图6 切割速度随着板材厚度增加而降低

喷嘴直径

喷嘴的直径决定了从喷嘴中喷出的气体流量和气流形状。材料越厚，气体喷流的直径也要越大，相应地，喷嘴口的直径也要增大。

气体纯度和气压

氧气和氮气经常用作切割气体。气体的纯度和气压影响切割效果。 采用氧气火焰切割时，气体纯度需达到 99.95 %。钢板越厚，采用的气体气压越低。 采用氮气熔化切割时，气体纯度需要达到 99.995 %（理想情况是 99.999 %），熔化切割厚钢板时需要更高的气压。

威廉希尔官方网站 参数表

在激光切割早期，使用者必须通过试运转自行决定加工参数的设置。现在，成熟的加工参数被存储在切割系统的控制装置中。对于每一种材料类型和厚度，都有对应的数据。威廉希尔官方网站 参数表使得即使不熟悉这种威廉希尔官方网站 的人也能顺利操作激光切割设备。 激光切割质量评价因素 有许多判定激光切割边缘质量的标准。像毛刺形式、凹陷、纹路等标准可以用肉眼判定；垂直度、粗糙度和切口宽度等则需要采用专用仪器来测量。材料沉积，腐蚀，热影响区域和变形也是衡量激光切割质量的重要因素。

图7好的切割，坏的切割

评价切割边缘质量的标准 广阔的前景 激光切割的持续成功，是其他大多数加工难以企及的。这种趋势今天仍在继续。在未来，激光切割的应用前景也将越来越广阔。

编辑：jq