激光加工技术
-----激光切割技术
作者：0000
贵州大学机械工程学院机制081班邮编：550000
【摘要】激光加工技术是一种先进制造技术，而激光切割是激光加工应用领域的一部分，激光切割是当前世界上先进的切割工艺。
由于它具备精密制造、柔性切割、异型加工、一次成形、速度快、效率高等优点，所以在工业生产中解决了许多常规方法无法解决的难题。
激光能切割大多数金属材料和非金属材料
【关键词】激光切割的原理激光切割的分类及特点激光切割技术的应用[Abstract] The laser processing technology is a kind of advanced manufacturing technology, laser cutting is part of the laser processing applications, laser cutting is the current world advanced cut craft. Because it has precision manufacturing, flexible cutting, the heterogeneous type processing, once shaping, speed and higher efficiency, so in industrial production in solving many conventional method can not solve the problem. Laser can cut most metal materials and nonmetal materials .
[Key words] Laser cutting the principle of laser cutting the classification and characteristics of laser cutting technology application .
1.概述
激光切割是激光加工行业中最重要的一项应用技术。
它占整个激光加工业的70%以上。
激光切割与其他切割方法相比，最大区别是它具有高速、高精度及高适应性的特点。
同时还具有割缝细、热影响区小、切割面质量好、切割时无噪声、切割过程容易实现自动化控制等优点。
因此，目前激光切割已广泛地应用于汽车、机车车辆制造、航空、化工、轻工、电器与电子、石油和冶金等工业部门中。
图 1 激光切割
2激光切割的原理
在激光束能量作用下（氧助切割机制下，还要加上喷氧气与到达燃点的金属发生放热反应放出的热量），材料表面被迅速（ms 范围）加热到几千乃至上万度（℃）而熔化或汽化，随着汽化物逸出和熔融物体被辅助高压气体（氧气或氮气等惰性气体）吹走，切缝便产生了（原理图见图2）[1]。
脉冲激光适用于金属材料, 连续激光适用于非金属材料, 后者是激光切割技术的重要应用领域。
激光切割主要是CO2激光切割（图3）, 激光切割是用聚焦镜将CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化, 并使CO2激光束与材料沿一定轨迹作相对运动, 从而形成一定状的切缝[3]。
激光切割设备（见图4）除具有一般机床所需有的支承构件、运动部件以及相应的运动控制装置外，主要还应备有激光加工系统，它是由激光器、聚焦系统和电气系统三部分组成的。
3.激光切割的分类
激光切割可分为激光汽化切割、激光熔化切
割、激光氧气切割和激光划片与控制断裂三类[5]。
1) 激光汽化切割
利用高能量密度的激光束加热工件，使温度迅速上升，在非常短的时间内达到材料的沸点，材料开始汽化，形成蒸汽。
这些蒸汽的喷出速度很大，在蒸汽喷出的同时，在材料上形成切口。
材料的汽化热一般很大，所以激光汽化切割时需要很大的功率和功率密度。
激光汽化切割多用于极薄金属材料和非金属材料（如纸、布、木材、塑料和橡皮等）的切割。
2) 激光熔化切割
激光熔化切割时，用激光加热使金属材料熔化，然后通过与光束同轴的喷嘴喷吹非氧化性气体（Ar 、He 、N 等），依靠气体的强大压力使液态金属排出，形成切口。
激光
图 3 CO 2激光切割
图 2激光切割的原理图 图4 激光切割设备示意图
熔化切割不需要使金属完全汽化，所需能量只有汽化切割的1/10。
激光熔化切割主要用于一些不易氧化的材料或活性金属的切割，如不锈钢、钛、铝及其合金等。
3)激光氧气切割（氧化熔化切割）
激光氧气切割原理类似于氧乙炔切割。
它是用激光作为预热热源，用氧气等活性气体作为切割气体。
喷吹出的气体一方面与切割金属作用，发生氧化反应，放出大量的氧化热；激光氧气切割主要用于碳钢、钛钢以及热处理钢等易氧化的金属材料。
4.激光切割的特点
激光切割与其他热切割方法相比较，总的特点是切割速度快、质量高。
具体概括为如下几个方面。
1）切割质量好
由于激光光斑小、能量密度高、切割速度快，因此激光切割能够获得较好的切割质量。
①激光切割切口细窄，切缝两边平行并且与表面垂直，切割零件的尺寸精度可达±
0.05mm。
②切割表面光洁美观，表面粗糙度只有几十微米，甚至激光切割可以作为最后一道工序，无需机械加工，零部件可直接使用。
③材料经过激光切割后，热影响区宽度很小，切缝附近材料的性能也几乎不受影响，并且工件变形小，切割精度高，切缝的几何形状好，切缝横截面形状呈现较为规则的长方形。
2）切割效率高
由于激光的传输特性，激光切割机上一般配有多台数控工作台，整个切割过程可以全部实现数控。
操作时，只需改变数控程序，
就可适用不同形状零件的切割，既可进行二
维切割，又可实现三维切割。
3）切割速度快
用功率为1200W的激光切割2mm厚的
低碳钢板，切割速度可达600cm/min；切割
5mm厚的聚丙烯树脂板，切割速度可达
1200cm/min。
材料在激光切割时不需要装夹
固定，既可节省工装夹具，又节省了上、下
料的辅助时间。
5.激光切割技术的广泛应用
激光切割的应用领域非常广泛, 比如汽
车行业、计算机、电气机壳、各种金属零件
和特殊材料的切割、圆形锯片（见图5）、压
克力、弹簧垫片、2mm以下的电子机件用
铜板、石英玻璃、硅橡胶、1mm以下氧化
铝陶瓷片、航天工业使用的钦合金等等。
图7 激光切割金属
图5 圆形锯片
图6 激光切割布艺
1）服饰、皮革
2002年7月博业激光应用有限公司正式推出第三代“LEC PLUS激光雕刻切割机”,广泛应用于服装服饰（见图6）、皮革等众多领域。
CO2激光器,是针对皮革、服装用户大批量生产而量身定制的新型激光裁剪机。
使加工效率增加一倍且保留原系列单头裁剪机的优势, 进一步提高雕刻精度, 广泛应用于服装、布料、绣花、贝占布绣、皮革等行业。
2）微芯片的激光
2004年8月, 俄国研究人员开发出一种简单高效地将蓝宝石晶体等切割成厚度不到1微米的薄片的激光装置。
利用这种能量聚集在特定空间和时间内的激光, 照射诸如蓝宝石等材料, 可以直接在材料内部打出一些紧密相邻的细小孔眼。
这样被“钻”空的蓝宝石材料可以很容易“掰开”, 获得理想的微芯片。
3）汽车零部件切割
在汽车样车和小批量生产中大量使用三维激光束切割机, 对普通铝、不锈钢等薄板、带材的切割加工, 应用激光加工, 其高速切割速度已达10m/min, 不仅大幅度缩短了生产准备周期, 并且使车间生产实现了柔性化,加工面积减小了一半。
由于它的加工效率高,比机械加工方式的加工费用减少了50%。
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