激光切割 又名：LaserCutting

       激光切割技術(shù)采用激光束照射到鋼板表面時(shí)釋放的能量來使不銹鋼熔化并蒸發(fā)。激光源一般用二氧化碳激光束，工作功率為500～2500瓦。該功率的水平比許多家用電暖氣所需要的功率還低，但是，通過透鏡和反射鏡，激光束聚集在很小的區(qū)域。能量的高度集中能夠進(jìn)行迅速局部加熱，使不銹鋼蒸發(fā)。此外，由于能量非常集中，所以，僅有少量熱傳到鋼材的其它部分，所造成的變形很小或沒有變形。利用激光可以非常準(zhǔn)確地切割復(fù)雜形狀的坯料，所切割的坯料不必再作進(jìn)一步的處理。

       利用激光切割設(shè)備可切割4mm以下的不銹鋼，在激光束中加氧氣可切割8～10mm厚的不銹鋼，但加氧切割后會(huì)在切割面形成薄薄的氧化膜。切割的最大厚度可增加到16mm，但切割部件的尺寸誤差較大。

       激光切割設(shè)備的價(jià)格相當(dāng)貴，約150美元以上。但是，由于降低了后續(xù)工藝處理的成本，所以，在大生產(chǎn)中采用這種設(shè)備還是可行的。由于沒有刀具加工成本，所以激光切割設(shè)備也適用生產(chǎn)小批量的原先不能加工的各種尺寸的部件。目前，激光切割設(shè)備通常采用計(jì)算機(jī)化數(shù)字控制技術(shù)（CNC）裝置，采用該裝置后，就可以利用電話線從計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）工作站來接受切割數(shù)據(jù)。

       CO2激光切割技術(shù)比其他方法的明顯優(yōu)點(diǎn)是：

        （1）切割質(zhì)量好。切口寬度窄（一般為0.1--0.5mm）、精度高（一般孔中心距誤差0.1--0.4mm,輪廓尺寸誤差0.1--0.5mm）、切口表面粗糙度好（一般Ra為12.5--25μm）,切縫一般不需要再加工即可焊接。

       （2）切割速度快。例如采用2KW激光功率,8mm厚的碳鋼切割速度為1.6m/min；2mm厚的不銹鋼切割速度為3.5m/min,熱影響區(qū)小,變形極小。

       （3）清潔、安全、無污染。大大改善了操作人員的工作環(huán)境。當(dāng)然就精度和切口表面粗糙度而言,CO2激光切割不可能超過電加工；就切割厚度而言難以達(dá)到火焰和等離子切割的水平。但是就以上顯著的優(yōu)點(diǎn)足以證明：CO2激光切割已經(jīng)和正在取代一部分傳統(tǒng)的切割工藝方法,特別是各種非金屬材料的切割。它是發(fā)展迅速,應(yīng)用日益廣泛的一種先進(jìn)加工方法。

        九十年代以來,由于我國社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,企業(yè)間競(jìng)爭激烈,每個(gè)企業(yè)必須根據(jù)自身?xiàng)l件正確選擇某些先進(jìn)制造技術(shù)以提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。因此CO2激光切割技術(shù)在我國獲得了較快的發(fā)展。

概述

原理

        激光切割是利用經(jīng)聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、燒蝕或達(dá)到燃點(diǎn)，同時(shí)借助與光束同軸的高速氣流吹除熔融物質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)將工件割開。激光切割屬于熱切割方法之一。

分類

        激光切割可分為激光汽化切割、激光熔化切割、激光氧氣切割和激光劃片與控制斷裂四類。

        1.激光汽化切割

        利用高能量密度的激光束加熱工件，使溫度迅速上升，在非常短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到材料的沸點(diǎn)，材料開始汽化，形成蒸氣。這些蒸氣的噴出速度很大，在蒸氣噴出的同時(shí)，在材料上形成切口。材料的汽化熱一般很大，所以激光汽化切割時(shí)需要很大的功率和功率密度。

        激光汽化切割多用于極薄金屬材料和非金屬材料（如紙、布、木材、塑料和橡皮等）的切割。

        2.激光熔化切割

        激光熔化切割時(shí)，用激光加熱使金屬材料熔化，然后通過與光束同軸的噴嘴噴吹非氧化性氣體（Ar、He、N等），依靠氣體的強(qiáng)大壓力使液態(tài)金屬排出，形成切口。激光熔化切割不需要使金屬完全汽化，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屬的切割，如不銹鋼、鈦、鋁及其合金等。

        3.激光氧氣切割

        激光氧氣切割原理類似于氧乙炔切割。它是用激光作為預(yù)熱熱源，用氧氣等活性氣體作為切割氣體。噴吹出的氣體一方面與切割金屬作用，發(fā)生氧化反應(yīng)，放出大量的氧化熱；另一方面把熔融的氧化物和熔化物從反應(yīng)區(qū)吹出，在金屬中形成切口。由于切割過程中的氧化反應(yīng)產(chǎn)生了大量的熱，所以激光氧氣切割所需要的能量只是熔化切割的1/2，而切割速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于激光汽化切割和熔化切割。激光氧氣切割主要用于碳鋼、鈦鋼以及熱處理鋼等易氧化的金屬材料。

        4.激光劃片與控制斷裂

        激光劃片是利用高能量密度的激光在脆性材料的表面進(jìn)行掃描，使材料受熱蒸發(fā)出一條小槽，然后施加一定的壓力，脆性材料就會(huì)沿小槽處裂開。激光劃片用的激光器一般為Q開關(guān)激光器和CO2激光器。

        控制斷裂是利用激光刻槽時(shí)所產(chǎn)生的陡峭的溫度分布，在脆性材料中產(chǎn)生局部熱應(yīng)力，使材料沿小槽斷開。

特點(diǎn)

        激光切割與其他熱切割方法相比較，總的特點(diǎn)是切割速度快、質(zhì)量高。具體概括為如下幾個(gè)方面。

        ⑴ 切割質(zhì)量好

        由于激光光斑小、能量密度高、切割速度快，因此激光切割能夠獲得較好的切割質(zhì)量。

        ① 激光切割切口細(xì)窄，切縫兩邊平行并且與表面垂直，切割零件的尺寸精度可達(dá)±0.05mm。

        ② 切割表面光潔美觀，表面粗糙度只有幾十微米，甚至激光切割可以作為最后一道工序，無需機(jī)械加工，零部件可直接使用。

        ③ 材料經(jīng)過激光切割后，熱影響區(qū)寬度很小，切縫附近材料的性能也幾乎不受影響，并且工件變形小，切割精度高，切縫的幾何形狀好，切縫橫截面形狀呈現(xiàn)較為規(guī)則的長方形。激光切割、氧乙炔切割和等離子切割方法的比較見表1，切割材料為6.2mm厚的低碳鋼板。

        ⑵ 切割效率高由于激光的傳輸特性，激光切割機(jī)上一般配有多臺(tái)數(shù)控工作臺(tái)，整個(gè)切割過程可以全部實(shí)現(xiàn)數(shù)控。操作時(shí)，只需改變數(shù)控程序，就可適用不同形狀零件的切割，既可進(jìn)行二維切割，又可實(shí)現(xiàn)三維切割。

        ⑶ 切割速度快

        用功率為1200W的激光切割2mm厚的低碳鋼板，切割速度可達(dá)600cm/min；切割5mm厚的聚丙烯樹脂板，切割速度可達(dá)1200cm/min。材料在激光切割時(shí)不需要裝夾固定，既可節(jié)省工裝夾具，又節(jié)省了上、下料的輔助時(shí)間。

        ⑷ 非接觸式切割

        激光切割時(shí)割炬與工件無接觸，不存在工具的磨損。加工不同形狀的零件，不需要更換“刀具”，只需改變激光器的輸出參數(shù)。激光切割過程噪聲低，振動(dòng)小，無污染。

        ⑸ 切割材料的種類多

        與氧乙炔切割和等離子切割比較，激光切割材料的種類多，包括金屬、非金屬、金屬基和非金屬基復(fù)合材料、皮革、木材及纖維等。但是對(duì)于不同的材料，由于自身的熱物理性能及對(duì)激光的吸收率不同，表現(xiàn)出不同的激光切割適應(yīng)性。采用CO2激光器，各種材料的激光切割性能見表2。

        ⑹ 缺點(diǎn)激光切割由于受激光器功率和設(shè)備體積的限制，激光切割只能切割中、小厚度的板材和管材，而且隨著工件厚度的增加，切割速度明顯下降。

        激光切割設(shè)備費(fèi)用高，一次性投資大。

主要特性

        切縫窄工件變形小

        激光束聚焦成很小的光點(diǎn)，使焦點(diǎn)處達(dá)到很高的功率密度。這時(shí)光束輸入的熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過被材料反射、傳導(dǎo)或擴(kuò)散的部分，材料很快加熱至汽化程度，蒸發(fā)形成孔洞。隨著光束與材料相對(duì)線性移動(dòng)，使孔洞連續(xù)形成寬度很窄的切縫。切邊受熱影響很小，基本沒有工件變形。

        切割過程中還添加與被切材料相適合的輔助汽體。鋼切割時(shí)利用氧作為輔助汽體與熔融金屬產(chǎn)生放熱化學(xué)反應(yīng)氧化材料，同時(shí)幫助吹走割縫內(nèi)的熔渣。切割聚丙烯一類塑料使用壓縮空氣，棉、紙等易燃材料切割使用惰性汽體。進(jìn)入噴嘴的輔助汽體還能冷卻聚焦透鏡，防止煙塵進(jìn)入透鏡座內(nèi)污染鏡片并導(dǎo)致鏡片過熱。

        大多數(shù)有機(jī)與無機(jī)材料都可以用激光切割。在工業(yè)制造系統(tǒng)占有份量很重的金屬加工業(yè)，許多金屬材料，不管它是什么樣的硬度，都可以進(jìn)行無變形切割。當(dāng)然，對(duì)高反射率材料，如金、銀、銅和鋁合金，它們也是好的傳熱導(dǎo)體，因此激光切割很困難，甚至不能切割。激光切割無毛刺、皺折、精度高，優(yōu)于等離子切割。對(duì)許多機(jī)電制造行業(yè)來說，由于微機(jī)程序控制的現(xiàn)代激光切割系統(tǒng)能方便切割不同形狀與尺寸的工件，它往往比沖切、模壓工藝更被優(yōu)先選用；盡管它加工速度還慢于模沖，但它沒有模具消耗，無須修理模具，還節(jié)約更換模具時(shí)間，從而節(jié)省了加工費(fèi)用，降低了生產(chǎn)成本，所以從總體上考慮是更合算的。

        無接觸加工

        激光束聚焦后形成具有極強(qiáng)能量的很小作用點(diǎn)，把它應(yīng)用于切割有許多特點(diǎn)。首先，激光光能轉(zhuǎn)換成驚人的熱能保持在極小的區(qū)域內(nèi)，可提供⑴狹的直邊割縫；⑵最小的鄰近切邊的熱影響區(qū)；⑶極小的局部變形。其次，激光束對(duì)工件不施加任何力，它是無接觸切割工具，這就意味著⑴工件無機(jī)械變形；⑵無刀具磨損，也談不上刀具的轉(zhuǎn)換問題；⑶切割材料無須考慮它的硬度，也即激光切割能力不受被切材料的硬度影響，任何硬度的材料都可以切割。再次，激光束可控性強(qiáng)，并有高的適應(yīng)性和柔性，因而⑴與自動(dòng)化設(shè)備相結(jié)合很方便，容易實(shí)現(xiàn)切割過程自動(dòng)化；⑵由于不存在對(duì)切割工件的限制，激光束具有無限的仿形切割能力；⑶與計(jì)算機(jī)結(jié)合，可整張板排料，節(jié)省材料。

        適應(yīng)性和靈活性

        與其它常規(guī)加工方法相比，激光切割具有更大的適應(yīng)性。首先，與其他熱切割方法相比，同樣作為熱切割過程，別的方法不能象激光束那樣作用于一個(gè)極小的區(qū)域，結(jié)果導(dǎo)致切口寬、熱影響區(qū)大和明顯的工件變形。激光能切割非金屬，而其它熱切割方法則不能。

        一般來說，激光切割質(zhì)量可以由以下6個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來衡量。

        ⒈切割表面粗糙度Rz

        ⒉切口掛渣尺寸

        ⒊切邊垂直度和斜度u

        ⒋切割邊緣圓角尺寸r

        ⒌條紋后拖量n

        ⒍平面度F

應(yīng)用范圍

        大多數(shù)激光切割機(jī)都由數(shù)控程序進(jìn)行控制操作或做成切割機(jī)器人。激光切割作為一種精密的加工方法，幾乎可以切割所有的材料，包括薄金屬板的二維切割或三維切割。

        在汽車制造領(lǐng)域，小汽車頂窗等空間曲線的切割技術(shù)都已經(jīng)獲得廣泛應(yīng)用。德國大眾汽車公司用功率為500W的激光器切割形狀復(fù)雜的車身薄板及各種曲面件。在航空航天領(lǐng)域，激光切割技術(shù)主要用于特種航空材料的切割，如鈦合金、鋁合金、鎳合金、鉻合金、不銹鋼、氧化鈹、復(fù)合材料、塑料、陶瓷及石英等。用激光切割加工的航空航天零部件有發(fā)動(dòng)機(jī)火焰筒、鈦合金薄壁機(jī)匣、飛機(jī)框架、鈦合金蒙皮、機(jī)翼長桁、尾翼壁板、直升機(jī)主旋翼、航天飛機(jī)陶瓷隔熱瓦等。

        激光切割成形技術(shù)在非金屬材料領(lǐng)域也有著較為廣泛的應(yīng)用。不僅可以切割硬度高、脆性大的材料，如氮化硅、陶瓷、石英等；還能切割加工柔性材料，如布料、紙張、塑料板、橡膠等，如用激光進(jìn)行服裝剪裁，可節(jié)約衣料10%～12%，提高功效3倍以上。

CO2激光切割的工業(yè)應(yīng)用

       世界第一臺(tái)CO2激光切割機(jī)是二十世紀(jì)七十年代的誕生的。三十多年來,由于應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大,CO2激光切割機(jī)不斷改進(jìn),目前國際國內(nèi)已有多家企業(yè)從事生產(chǎn)各種CO2激光切割機(jī)以滿足市場(chǎng)的需求,有二維平板切割機(jī)、三維空間曲線切割機(jī)、管子切割機(jī)等。國外知名企業(yè)有德國Trumpf公司、意大利Prima公司、瑞士Bystronic公司、日本Amada公司、MAZAK公司、NTC公司、澳大利亞HG Laser Lab公司等。目前國內(nèi)能提供平板切割機(jī)的企業(yè)有上海團(tuán)結(jié)普瑞瑪公司、沈陽普瑞瑪公司、濟(jì)南捷邁公司、武漢楚天公司等。根據(jù)美國激光工業(yè)應(yīng)用權(quán)威雜志“Industrial Laser Solution”2000年度報(bào)告統(tǒng)計(jì)：1999年全世界共銷售的激光切割系統(tǒng)（主要是CO2激光切割系統(tǒng)）為3325臺(tái),共11.74億美元。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)我國目前每年生產(chǎn)CO2激光切割機(jī)近100臺(tái),共1.5億元人民幣。雖然激光切割的發(fā)展趨勢(shì)較快,但應(yīng)用水平與發(fā)達(dá)國家相比差距較大。至2003年我國已在工業(yè)生產(chǎn)中使用的CO2激光切割系統(tǒng)累計(jì)已達(dá)500臺(tái)左右,約占全世界正運(yùn)行系統(tǒng)總量的1.5%。

CO2激光切割系統(tǒng)的購置者

       單位：一類是大中型制造企業(yè),這些企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品中有大量板材需要下料、切料,并且具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)實(shí)力；

       另一類單位是加工站（國外稱Job Shop）,加工站是專門對(duì)外承接激光加工業(yè)務(wù)的,自身無主導(dǎo)產(chǎn)品。它的存在一方面可滿足一些中小企業(yè)加工的需要；一方面在初期對(duì)推廣應(yīng)用激光切割技術(shù)起到宣傳示范的作用。1999年美國全國共有激光加工站2700家,其中51%從事激光切割工作。八十年代我國激光加工站主要從事激光熱處理工作,九十年代后,激光切割及攻站逐步增加。在此基礎(chǔ)上隨著我國大中型企業(yè)體制改革的深入和經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增強(qiáng),越來越多的企業(yè)將采用CO2激光切割技術(shù)。

       從目前國內(nèi)應(yīng)用情況分析,CO2激光切割廣泛應(yīng)用于12mm厚的低碳鋼板;6mm厚的不銹鋼板及；20mm厚的非金屬材料。對(duì)于三維空間曲線的切割,在汽車、航空工業(yè)中也開始獲得了應(yīng)用。

 目前適合采用CO2激光切割的產(chǎn)品大體上可歸納為三類：

       第一類：從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度不宜制造模具的金屬鈑金件,特別是輪廓形狀復(fù)雜,批量不大,一般厚度;12mm的低碳鋼、;6mm厚的不銹鋼,以節(jié)省制造模具的成本與周期。已采用的典型產(chǎn)品有：自動(dòng)電梯結(jié)構(gòu)件、升降電梯面板、機(jī)床及糧食機(jī)械外罩、各種電氣柜、開關(guān)柜、紡織機(jī)械零件、工程機(jī)械結(jié)構(gòu)件、大電機(jī)硅鋼片等。

       第二類：裝飾、廣告、服務(wù)行業(yè)用的不銹鋼（一般厚度3mm）或非金屬材料（一般厚度20mm）的圖案、標(biāo)記、字體等。如藝術(shù)照相冊(cè)的圖案,公司、單位、賓館、商場(chǎng)的標(biāo)記,車站、碼頭、公共場(chǎng)所的中英文字體。

       第三類：要求均勻切縫的特殊零件。最廣泛應(yīng)用的典型零件是包裝印刷行業(yè)用的模切版,它要求在20mm厚的木模板上切出縫寬為0.7~0.8mm的槽,然后在槽中鑲嵌刀片。使用時(shí)裝在模切機(jī)上,切下各種已印刷好圖形的包裝盒。國內(nèi)近年來應(yīng)用的一個(gè)新領(lǐng)域是石油篩縫管。為了擋住泥沙進(jìn)入抽油泵,在壁厚為6~9mm的合金鋼管上切出0.3mm寬的均勻切縫,起割穿孔處小孔直徑不能大于0.3mm,切割技術(shù)難度大,已有不少單位投入生產(chǎn)。

國外除上述應(yīng)用外,還在不斷擴(kuò)展其應(yīng)用領(lǐng)域。

       （1）采用三維激光切割系統(tǒng)或配置工業(yè)機(jī)器人,切割空間曲線,開發(fā)各種三維切割軟件,以加快從畫圖到切割零件的過程。 

       （2）為了提高生產(chǎn)效率,研究開發(fā)各種專用切割系統(tǒng),材料輸送系統(tǒng),直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等,目前切割系統(tǒng)的切割速度已超過100m/min。

       （3）為擴(kuò)展工程機(jī)械、造船工業(yè)等的應(yīng)用,切割低碳鋼厚度已超過30mm,并特別注意研究用氮?dú)馇懈畹吞间摰墓に嚰夹g(shù),以提高切割厚板的切口質(zhì)量。因此在我國擴(kuò)大CO2激光切割的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域,解決新的應(yīng)用中一些技術(shù)難題仍然是工程技術(shù)人員的重要課題。

CO2激光切割的幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)

       激光束的參數(shù)、機(jī)器與數(shù)控系統(tǒng)的性能和精度都直接影響激光切割的效率和質(zhì)量。特別是對(duì)于切割精度較高或厚度較大的零件,必須掌握和解決以下幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)： 1、焦點(diǎn)位置控制技術(shù)：激光切割的優(yōu)點(diǎn)之一是光束的能量密度高,一般10W/cm2。由于能量密度與4/πd2成正比,所以焦點(diǎn)光斑直徑盡可能的小,以便產(chǎn)生一窄的切縫；同時(shí)焦點(diǎn)光斑直徑還和透鏡的焦深成正比。聚焦透鏡焦深越小,焦點(diǎn)光斑直徑就越小。但切割有飛濺,透鏡離工件太近容易將透鏡損壞,因此一般大功率CO2激光切割工業(yè)應(yīng)用中廣泛采用5〃~7.5〃〞(127~190mm)的焦距。實(shí)際焦點(diǎn)光斑直徑在0.1~0.4mm之間。對(duì)于高質(zhì)量的切割,有效焦深還和透鏡直徑及被切材料有關(guān)。例如用5〃的透鏡切碳鋼,焦深為焦距的+2%范圍內(nèi),即5mm左右。因此控制焦點(diǎn)相對(duì)于被切材料表面的位置十分重要。顧慮到切割質(zhì)量、切割速度等因素,原則上6mm的金屬材料,焦點(diǎn)在表面上； 6mm的碳鋼,焦點(diǎn)在表面之上； 6mm的不銹鋼,焦點(diǎn)在表面之下。具體尺寸由實(shí)驗(yàn)確定。

       在工業(yè)生產(chǎn)中確定焦點(diǎn)位置的簡便方法有三種：（1）打印法：使切割頭從上往下運(yùn)動(dòng),在塑料板上進(jìn)行激光束打印,打印直徑最小處為焦點(diǎn)。（2）斜板法：用和垂直軸成一角度斜放的塑料板使其水平拉動(dòng),尋找激光束的最小處為焦點(diǎn)。（3）藍(lán)色火花法：去掉噴嘴,吹空氣,將脈沖激光打在不銹鋼板上,使切割頭從上往下運(yùn)動(dòng),直至藍(lán)色火花最大處為焦點(diǎn)。對(duì)于飛行光路的切割機(jī),由于光束發(fā)散角,切割近端和遠(yuǎn)端時(shí)光程長短不同,聚焦前的光束尺寸有一定差別。入射光束的直徑越大,焦點(diǎn)光斑的直徑越小。為了減少因聚焦前光束尺寸變化帶來的焦點(diǎn)光斑尺寸的變化,國內(nèi)外激光切割系統(tǒng)的制造商提供了一些專用的裝置供用戶選用：

       （1）平行光管。這是一種常用的方法,即在CO2激光器的輸出端加一平行光管進(jìn)行擴(kuò)束處理,擴(kuò)束后的光束直徑變大,發(fā)散角變小,使在切割工作范圍內(nèi)近端和遠(yuǎn)端聚焦前光束尺寸接近一致。

       （2）在切割頭上增加一獨(dú)立的移動(dòng)透鏡的下軸,它與控制噴嘴到材料表面距離（stand off）的Z軸是兩個(gè)相互獨(dú)立的部分。當(dāng)機(jī)床工作臺(tái)移動(dòng)或光軸移動(dòng)時(shí),光束從近端到遠(yuǎn)端F軸也同時(shí)移動(dòng),使光束聚焦后光斑直徑在整個(gè)加工區(qū)域內(nèi)保持一致。 

       （3）控制聚焦鏡（一般為金屬反射聚焦系統(tǒng)）的水壓。若聚焦前光束尺寸變小而使焦點(diǎn)光斑直徑變大時(shí),自動(dòng)控制水壓改變聚焦曲率使焦點(diǎn)光斑直徑變小。

       （4）飛行光路切割機(jī)上增加x、y方向的補(bǔ)償光路系統(tǒng)。即當(dāng)切割遠(yuǎn)端光程增加時(shí)使補(bǔ)償光路縮短；反之當(dāng)切割近端光程減小時(shí),使補(bǔ)償光路增加,以保持光程長度一致。

切割穿孔技術(shù)

       任何一種熱切割技術(shù),除少數(shù)情況可以從板邊緣開始外,一般都必須在板上穿一小孔。早先在激光沖壓復(fù)合機(jī)上是用沖頭先沖出一孔,然后再用激光從小孔處開始進(jìn)行切割。對(duì)于沒有沖壓裝置的激光切割機(jī)有兩種穿孔的基本方法： 

       （1）爆破穿孔：(Blast drilling)，材料經(jīng)連續(xù)激光的照射后在中心形成一凹坑,然后由與激光束同軸的氧流很快將熔融材料去除形成一孔。一般孔的大小與板厚有關(guān),爆破穿孔平均直徑為板厚的一半,因此對(duì)較厚的板爆破穿孔孔徑較大,且不圓,不宜在要求較高的零件上使用（如石油篩縫管）,只能用于廢料上。此外由于穿孔所用的氧氣壓力與切割時(shí)相同,飛濺較大。

       （2）脈沖穿孔：（Pulse drilling）采用高峰值功率的脈沖激光使少量材料熔化或汽化,常用空氣或氮?dú)庾鳛檩o助氣體,以減少因放熱氧化使孔擴(kuò)展,氣體壓力較切割時(shí)的氧氣壓力小。每個(gè)脈沖激光只產(chǎn)生小的微粒噴射,逐步深入,因此厚板穿孔時(shí)間需要幾秒鐘。一旦穿孔完成,立即將輔助氣體換成氧氣進(jìn)行切割。這樣穿孔直徑較小,其穿孔質(zhì)量優(yōu)于爆破穿孔。為此所使用的激光器不但應(yīng)具有較高的輸出功率；更重要的時(shí)光束的時(shí)間和空間特性,因此一般橫流CO2激光器不能適應(yīng)激光切割的要求。此外脈沖穿孔還須要有較可靠的氣路控制系統(tǒng),以實(shí)現(xiàn)氣體種類、氣體壓力的切換及穿孔時(shí)間的控制。在采用脈沖穿孔的情況下,為了獲得高質(zhì)量的切口,從工件靜止時(shí)的脈沖穿孔到工件等速連續(xù)切割的過渡技術(shù)應(yīng)以重視。從理論上講通?？筛淖兗铀俣蔚那懈顥l件：如焦距、噴嘴位置、氣體壓力等,但實(shí)際上由于時(shí)間太短改變以上條件的可能性不大。在工業(yè)生產(chǎn)中主要采用改變激光平均功率的辦法比較現(xiàn)實(shí),具體方法有以下三種：（1）改變脈沖寬度；（2）改變脈沖頻率；（3）同時(shí)改變脈沖寬度和頻率。實(shí)際結(jié)果表明,第（3）種效果最好。

噴嘴設(shè)計(jì)及氣流控制技術(shù)

       激光切割鋼材時(shí),氧氣和聚焦的激光束是通過噴嘴射到被切材料處,從而形成一個(gè)氣流束。對(duì)氣流的基本要求是進(jìn)入切口的氣流量要大,速度要高,以便足夠的氧化使切口材料充分進(jìn)行放熱反應(yīng)；同時(shí)又有足夠的動(dòng)量將熔融材料噴射吹出。因此除光束的質(zhì)量及其控制直接影響切割質(zhì)量外,噴嘴的設(shè)計(jì)及氣流的控制（如噴嘴壓力、工件在氣流中的位置等）也是十分重要的因素。目前激光切割用的噴嘴采用簡單的結(jié)構(gòu),即一錐形孔帶端部小圓孔（如圖4）。通常用實(shí)驗(yàn)和誤差方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于噴嘴一般用紫銅制造,體積較小,是易損零件,需經(jīng)常更換,因此不進(jìn)行流體力學(xué)計(jì)算與分析。在使用時(shí)從噴嘴側(cè)面通入一定壓力Pn(表壓為Pg)的氣體,稱噴嘴壓力,從噴嘴出口噴出,經(jīng)一定距離到達(dá)工件表面,其壓力稱切割壓力Pc,最后氣體膨脹到大氣壓力Pa。研究工作表明隨著Pn的增加,氣流流速增加,Pc也不斷增加。

       可用下列公式計(jì)算： V=8.2d2(Pg+1)

       V-氣體流速 L/min

       d-噴嘴直徑 mm

       Pg-噴嘴壓力（表壓）bar

       對(duì)于不同的氣體有不同的壓力閾值,當(dāng)噴嘴壓力超過此值時(shí),氣流為正常斜激波,氣流速從亞音速向超音速過渡。此閾值與Pn、Pa比值及氣體分子的自由度（n）兩因素有關(guān)：如氧氣、空氣的n=5,因此其閾值Pn=1bar×(1.2)3.5=1.89bar。當(dāng)噴嘴壓力更高Pn/Pa=(1+1/n)1+n/2時(shí)（Pn；4bar）,氣流正常斜激波封變?yōu)檎げ?切割壓力Pc下降,氣流速度減低,并在工件表面形成渦流,削弱了氣流去除熔融材料的作用,影響了切割速度。因此采用錐孔帶端部小圓孔的噴嘴,其氧氣的噴嘴壓力常在3bar以下。

       為進(jìn)一步提高激光切割速度,可根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)原理,在提高噴嘴壓力的前提下不產(chǎn)生正激波,設(shè)計(jì)制造一種縮放型噴嘴,即拉伐爾（Laval）噴嘴。為方便制造可采用如圖4的結(jié)構(gòu)。德國漢諾威大學(xué)激光中心使用500WCO2激光器,透鏡焦距2.5〃,采用小孔噴嘴和拉伐爾噴嘴分別作了試驗(yàn),見圖4。試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示：分別表示NO2、NO4、NO5噴嘴在不同的氧氣壓力下,切口表面粗糙度Rz與切割速度Vc的函數(shù)關(guān)系。從圖中可以看出NO2小孔噴嘴在Pn為400Kpa（或4bar）時(shí)切割速度只能達(dá)到2.75m/min（碳鋼板厚為2mm）。NO4、NO5二種拉伐爾噴嘴在Pn為500Kpa到600Kpa時(shí)切割速度可達(dá)到3.5m/min和5.5m/min。應(yīng)指出的是切割壓力Pc還是工件與噴嘴距離的函數(shù)。由于斜激波在氣流的邊界多次反射,使切割壓力呈周期性的變化。

       第一高切割壓力區(qū)緊鄰噴嘴出口,工件表面至噴嘴出口的距離約為0.5~1.5mm,切割壓力Pc大而穩(wěn)定,是目前工業(yè)生產(chǎn)中切割手扳常用的工藝參數(shù)。第二高切割壓力區(qū)約為噴嘴出口的3~3.5mm,切割壓力Pc也較大,同樣可以取得好的效果,并有利于保護(hù)透鏡,提高其使用壽命。曲線上的其他高切割壓力區(qū)由于距噴嘴出口太遠(yuǎn),與聚焦光束難以匹配而無法采用。 

       綜上所述,CO2激光器切割技術(shù)正在我國工業(yè)生產(chǎn)中得到越來越多的應(yīng)用,國外正研究開發(fā)更高切割速度和更厚鋼板的切割技術(shù)與裝置。為了滿足工業(yè)生產(chǎn)對(duì)質(zhì)量和生產(chǎn)效率越來越高的要求,必須重視解決各種關(guān)鍵技術(shù)及執(zhí)行質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),以使這一新技術(shù)在我國獲得更廣泛的應(yīng)用。

激光切割的主要工藝

汽化切割

       在高功率密度激光束的加熱下，材料表面溫度升至沸點(diǎn)溫度的速度是如此之快，足以避免熱傳導(dǎo)造成的熔化，于是部分材料汽化成蒸汽消失，部分材料作為噴出物從切縫底部被輔助氣體流吹走。一些不能熔化的材料，如木材、碳素材料和某些塑料就是通過這種汽化切割方法切割成形的。

       汽化切割過程中，蒸汽隨身帶走熔化質(zhì)點(diǎn)和沖刷碎屑，形成孔洞。汽化過程中，大約40%的材料化作蒸汽消失，而有60%的材料是以熔滴的形式被氣流驅(qū)除的。

熔化切割

       當(dāng)入射的激光束功率密度超過某一值后，光束照射點(diǎn)處材料內(nèi)部開始蒸發(fā)，形成孔洞。一旦這種小孔形成，它將作為黑體吸收所有的入射光束能量。小孔被熔化金屬壁所包圍，然后，與光束同軸的輔助氣流把孔洞周圍的熔融材料帶走。隨著工件移動(dòng)，小孔按切割方向同步橫移形成一條切縫。激光束繼續(xù)沿著這條縫的前沿照射，熔化材料持續(xù)或脈動(dòng)地從縫內(nèi)被吹走。

氧化熔化切割 

       熔化切割一般使用惰性氣體，如果代之以氧氣或其它活性氣體，材料在激光束的照射下被點(diǎn)燃，與氧氣發(fā)生激烈的化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生另一熱源，稱為氧化熔化切割。具體描述如下：

       （1）材料表面在激光束的照射下很快被加熱到燃點(diǎn)溫度，隨之與氧氣發(fā)生激烈的燃燒反應(yīng)，放出大量熱量。在此熱量作用下，材料內(nèi)部形成充滿蒸汽的小孔，而小孔的周圍為熔融的金屬壁所包圍。

       （2）燃燒物質(zhì)轉(zhuǎn)移成熔渣控制氧和金屬的燃燒速度，同時(shí)氧氣擴(kuò)散通過熔渣到達(dá)點(diǎn)火前沿的快慢也對(duì)燃燒速度有很大的影響。氧氣流速越高，燃燒化學(xué)反應(yīng)和去除熔渣的速度也越快。當(dāng)然，氧氣流速不是越高越好，因?yàn)榱魉龠^快會(huì)導(dǎo)致切縫出口處反應(yīng)產(chǎn)物即金屬氧化物的快速冷卻，這對(duì)切割質(zhì)量也是不利的。

        （3）顯然，氧化熔化切割過程存在著兩個(gè)熱源，即激光照射能和氧與金屬化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的熱能。據(jù)估計(jì)，切割鋼時(shí)，氧化反應(yīng)放出的熱量要占到切割所需全部能量的60%左右。

       很明顯，與惰性氣體比較，使用氧作輔助氣體可獲得較高的切割速度。

       （4）在擁有兩個(gè)熱源的氧化熔化切割過程中，如果氧的燃燒速度高于激光束的移動(dòng)速度，割縫顯得寬而粗糙。如果激光束移動(dòng)的速度比氧的燃燒速度快，則所得切縫狹而光滑。

控制斷裂切割 

       對(duì)于容易受熱破壞的脆性材料，通過激光束加熱進(jìn)行高速、可控的切斷，稱為控制斷裂切割。這種切割過程主要內(nèi)容是：激光束加熱脆性材料小塊區(qū)域，引起該區(qū)域大的熱梯度和嚴(yán)重的機(jī)械變形，導(dǎo)致材料形成裂縫。只要保持均衡的加熱梯度，激光束可引導(dǎo)裂縫在任何需要的方向產(chǎn)生。  

       要注意的是，這種控制斷裂切割不適合切割銳角和角邊切縫。切割特大封閉外形也不容易獲得成功?？刂茢嗔亚懈钏俣瓤?，不需要太高的功率，否則會(huì)引起工件表面熔化，破壞切縫邊緣。其主要控制參數(shù)是激光功率和光斑尺寸大小。

競(jìng)爭優(yōu)勢(shì)

       激光切割機(jī)是鈑金加工的一次工藝革命，是鈑金加工中的“加工中央”；激光切割機(jī)柔性化程度高，切割速度快，出產(chǎn)效率高，產(chǎn)品出產(chǎn)周期短，為客戶贏得了廣泛的市場(chǎng)，該技術(shù)的有效生命期長，國外超過2毫米厚度的板材大都采用激光切割機(jī)，很多國外的專家一致以為今后30-40年是激光加工技術(shù)發(fā)展的黃金時(shí)期。

       一般來講，建議以12mm以內(nèi)的碳鋼板、10mm以內(nèi)的不銹鋼板等金屬材料切割推薦使用激光切割機(jī)。激光切割機(jī)無切削力，加工無變形：無刀具磨損，材料適應(yīng)性好：無論是簡樸還是復(fù)雜零件，都可以用激光一次精密快速成型切割：其切縫窄，切割質(zhì)量好，自動(dòng)化程度高，操縱簡便，勞動(dòng)強(qiáng)度低，沒有污染：可實(shí)現(xiàn)切割自動(dòng)排樣、套料、進(jìn)步了材料利用率，出產(chǎn)本錢低，經(jīng)濟(jì)效益好。

       激光切割機(jī)選購要考慮的因素很多，除了要考慮目前加工工件的最大尺寸、材質(zhì)、需要切割的最大厚度以及原材料幅面的大小外，更多的需要考慮未來的發(fā)展方向，比如所做產(chǎn)品的技術(shù)改型后要加工的最大工件大小、鋼材市場(chǎng)所提供材料的幅面針對(duì)自己的產(chǎn)品哪種最省料，上下料時(shí)間等等。

激光切割設(shè)備

       激光切割設(shè)備是利用高功率密度激光束照射被切割材料，使其迅速熔化、汽化、燒蝕或達(dá)到燃點(diǎn)，并通過與光束同軸的高速氣流吹除熔融物質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的切割。這種設(shè)備在現(xiàn)代工業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用，以其切割速度快、質(zhì)量高、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)而受到青睞。以下是對(duì)激光切割設(shè)備的詳細(xì)介紹：

一、激光切割設(shè)備的工作原理

       激光切割設(shè)備的工作原理基于激光與物質(zhì)的相互作用。高功率密度的激光束聚焦在被切割材料上，使材料在極短的時(shí)間內(nèi)被加熱至汽化溫度，形成孔洞。隨著光束的移動(dòng)，孔洞連續(xù)形成寬度很窄的切縫，從而完成對(duì)材料的切割。根據(jù)切割過程中激光與物質(zhì)相互作用的不同機(jī)制，激光切割可分為激光汽化切割、激光熔化切割、激光氧氣切割和激光劃片與控制斷裂四類。

二、激光切割設(shè)備的種類

       激光切割設(shè)備種類繁多，根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)可以分為多種類型：

       1、按切割材料類型分類：分為金屬激光切割機(jī)和非金屬激光切割機(jī)。金屬激光切割機(jī)主要用于切割金屬板材、管材等，而非金屬激光切割機(jī)則適用于切割塑料、木材、布料等非金屬材料。

       2、按激光器類型分類：主要包括光纖激光切割機(jī)、CO2氣體激光切割機(jī)等。光纖激光切割機(jī)以其光束質(zhì)量好、轉(zhuǎn)換效率高、維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)在工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用；而CO2氣體激光切割機(jī)則適用于切割較厚的金屬板材。

       3、按激光器輸出功率分類：分為高功率激光切割機(jī)、中功率激光切割機(jī)、低小功率激光切割機(jī)。不同功率的激光切割機(jī)適用于不同的切割需求和應(yīng)用場(chǎng)景。

       4、按切割板材幅面分類：分為標(biāo)準(zhǔn)幅面激光切割機(jī)和大幅面激光切割機(jī)。大幅面激光切割機(jī)適用于切割大尺寸的板材，而標(biāo)準(zhǔn)幅面激光切割機(jī)則適用于切割中等尺寸的板材。

       5、按切割板材幾何形狀分類：分為平面激光切割機(jī)和三維激光切割機(jī)。平面激光切割機(jī)適用于切割平面板材，而三維激光切割機(jī)則能夠切割三維形狀的工件。

三、激光切割設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域

       激光切割設(shè)備以其廣泛的應(yīng)用范圍和卓越的切割性能，在現(xiàn)代工業(yè)中發(fā)揮著重要作用。其應(yīng)用領(lǐng)域包括但不限于：

       工藝品行業(yè)：切割木質(zhì)、竹片、骨頭、皮革等材質(zhì)，制作精致獨(dú)特的工藝品。

       廣告行業(yè)：精準(zhǔn)切割木板、雙色板、彩色紙等廣告材料，制作標(biāo)牌、水晶獎(jiǎng)杯等廣告產(chǎn)品。

       服裝行業(yè)：處理布料的切割和鏤空任務(wù)，為時(shí)尚設(shè)計(jì)提供新的解決方案。

       光電行業(yè)：用于鋁邊框的精細(xì)加工和亞克力導(dǎo)光板的制作等。

       金屬加工行業(yè)：切割金屬板材、管材等，廣泛應(yīng)用于汽車制造、航空航天、船舶制造等領(lǐng)域。

四、知名激光切割設(shè)備品牌

       目前市場(chǎng)上知名的激光切割設(shè)備品牌眾多，包括但不限于：TRUMPF通快、大族激光Hanslaser、華工激光HGTECH、Bystronic百超、奔騰激光PENTA LASER、PrimaPower普瑪寶、AMADA天田、Mazak馬扎克、Messer梅塞爾、金威刻激光G·WEIKE等。這些品牌以其優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品性能、完善的售后服務(wù)和強(qiáng)大的技術(shù)支持在市場(chǎng)上占據(jù)領(lǐng)先地位。

五、購買激光切割設(shè)備的注意事項(xiàng)

       在購買激光切割設(shè)備時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：

       1、明確切割需求：根據(jù)自身的生產(chǎn)需求明確切割材料種類、厚度范圍和切割精度等要求。

       2、選擇知名品牌：優(yōu)先選擇知名品牌的產(chǎn)品，以確保設(shè)備的質(zhì)量和售后服務(wù)。

       3、關(guān)注核心部件：激光器、激光頭、控制系統(tǒng)和電機(jī)等核心部件的性能直接影響設(shè)備的切割效果和使用壽命。

       4、考察售后服務(wù)：了解廠家的售后服務(wù)網(wǎng)絡(luò)、響應(yīng)速度和維修能力等信息，確保設(shè)備在使用過程中能夠得到及時(shí)有效的支持。

       5、合理預(yù)算：根據(jù)自身的預(yù)算范圍選擇合適的設(shè)備型號(hào)和配置，避免盲目追求高端配置而超出預(yù)算范圍。

       綜上所述，激光切割設(shè)備以其獨(dú)特的工作原理、廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和卓越的性能特點(diǎn)在現(xiàn)代工業(yè)中發(fā)揮著重要作用。在購買和使用過程中需要注意相關(guān)事項(xiàng)以確保設(shè)備的正常運(yùn)行和切割效果。

激光切割就業(yè)

       激光切割就業(yè)主要涉及激光切割機(jī)行業(yè)及其相關(guān)崗位。以下是對(duì)激光切割就業(yè)的詳細(xì)分析：

一、激光切割機(jī)行業(yè)概況

       市場(chǎng)規(guī)模：據(jù)中研產(chǎn)業(yè)研究院等機(jī)構(gòu)發(fā)布的數(shù)據(jù)，我國激光切割機(jī)行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)增長，預(yù)計(jì)2023-2028年將以5%的年復(fù)合增長率增長，至2028年底市場(chǎng)規(guī)模有望增長至368.2億元。

       應(yīng)用領(lǐng)域：激光切割機(jī)被廣泛應(yīng)用于金屬加工、汽車制造、電子設(shè)備、家電、航空航天、軌道交通等多個(gè)領(lǐng)域。隨著這些行業(yè)的不斷擴(kuò)張，對(duì)高效、精確切割技術(shù)的需求也在增加。

       技術(shù)趨勢(shì)：激光切割機(jī)行業(yè)正朝著大幅面、高功率、高效率、高智能化方向發(fā)展。隨著激光技術(shù)的不斷創(chuàng)新和提升，激光切割機(jī)的切割質(zhì)量和效率都得到了顯著提高。

二、激光切割就業(yè)崗位

       激光切割工：這是激光切割機(jī)行業(yè)中最基礎(chǔ)的崗位之一。激光切割工負(fù)責(zé)操作激光切割機(jī)進(jìn)行材料切割，需要具備一定的機(jī)械操作技能和安全意識(shí)。根據(jù)職友集等招聘網(wǎng)站的數(shù)據(jù)，激光切割工的月薪普遍在4.5-8K之間，年薪在5-10W左右。

       激光切割師：相對(duì)于激光切割工，激光切割師需要具備更高的專業(yè)技能和經(jīng)驗(yàn)。他們負(fù)責(zé)激光切割機(jī)的調(diào)試、維護(hù)和故障排除等工作，確保設(shè)備的正常運(yùn)行。激光切割師的月薪普遍在6-10K之間，年薪在7-12W左右。

       其他相關(guān)崗位：還包括激光切割設(shè)備銷售人員、激光切割機(jī)研發(fā)工程師、激光切割機(jī)售后服務(wù)人員等。這些崗位對(duì)求職者的專業(yè)技能、溝通能力、服務(wù)意識(shí)等方面都有不同的要求。

三、激光切割就業(yè)前景

       市場(chǎng)需求增長：隨著制造業(yè)的不斷發(fā)展和升級(jí)，對(duì)激光切割技術(shù)的需求也在不斷增加。因此，激光切割就業(yè)市場(chǎng)呈現(xiàn)出穩(wěn)步增長的趨勢(shì)。

       薪資待遇提升：雖然激光切割工的月薪普遍在4.5-8K之間，但隨著工作經(jīng)驗(yàn)和技能的提升，薪資待遇也會(huì)逐漸提高。同時(shí)，一些高端崗位如激光切割師、激光切割機(jī)研發(fā)工程師等薪資待遇更為優(yōu)厚。

       職業(yè)發(fā)展機(jī)會(huì)：在激光切割機(jī)行業(yè)工作，不僅可以積累豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，還可以接觸到最新的激光切割技術(shù)和設(shè)備。這為求職者提供了廣闊的職業(yè)發(fā)展空間和晉升機(jī)會(huì)。

       綜上所述，激光切割就業(yè)市場(chǎng)呈現(xiàn)出穩(wěn)步增長的趨勢(shì)，為求職者提供了豐富的崗位選擇和職業(yè)發(fā)展機(jī)會(huì)。然而，隨著行業(yè)競(jìng)爭的加劇和技術(shù)的不斷更新?lián)Q代，求職者需要不斷提升自己的專業(yè)技能和綜合素質(zhì)以適應(yīng)行業(yè)發(fā)展的需求。