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| | 激光切割原理、分类及特点 | （1）激光切割的原理
) C+ t3 I7 o' E. n; ^2 p激光切割是利用经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、烧蚀或达到燃点，同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，从而实现将工件割开。激光切割属于热切割方法之一。激光切割的原理见下图。 % w- k8 H+ ^0 a& t. S' s h
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（2）激光切割的分类 " W- F$ Y8 `% s7 @/ c6 u3 N. ^, _. r4 |
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四类。 + h9 K+ d: m' |- e
1）激光汽化切割 , }. @! V% s* s8 p7 I8 D6 W
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，形成蒸气。这些蒸气的喷出速度很大，在蒸气喷出的同时，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。 3 Q, }+ V! Q$ f6 j$ M2 Q
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。
3 {; v* ~, n" g- O9 T' s* A, ?2）激光熔化切割 8 c: K: Y, W0 U- }: m
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。
2 \, ]" ?( W0 E7 M! a* Y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。 ( C8 R8 o# a# R+ @7 o" H* s/ x+ X
3）激光氧气切割
! S0 ?& i/ s1 ^3 R7 v! m( t v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；另一方面把熔融的氧化物和熔化物从反应区吹出，在金属中形成切口。由于切割过程中的氧化反应产生了大量的热，所以激光氧气切割所需要的能量只是熔化切割的1/2，而切割速度远远大于激光汽化切割和熔化切割。
$ I E+ ~. r4 i& m0 u3 \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 d3 l+ L) ?& ~, e6 I$ n4）激光划片与控制断裂
9 q& e* u; f \( w8 V激光划片是利用高能量密度的激光在脆性材料的表面进行扫描，使材料受热蒸发出一条小槽，然后施加一定的压力，脆性材料就会沿小槽处裂开。激光划片用的激光器一般为Q开关激光器和CO2激光器。 7 [6 j/ I! q4 I/ e3 \
控制断裂是利用激光刻槽时所产生的陡峭的温度分布，在脆性材料中产生局部热应力，使材料沿小槽断开。 0 D; [" k+ d3 L/ V
5 }# ]& G1 m: v5 }9 }' }激光切割的特点
* C% E( f- J% S! f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。
( D2 T; e7 N Q6 E⑴ 切割质量好 6 q! o+ Q# Y2 t! Q* Y7 B# P$ T
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。
6 I7 ^3 {2 X5 E W; z6 J# H① 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。 / ~+ {9 P: e, D% ?
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。
8 a2 q& }; D- ?5 G- Y③ 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。激光切割、氧乙炔切割和等离子切割方法的比较见表1，切割材料为6.2mm厚的低碳钢板。
2 j5 U! r& T" f( B0 }8 Y, J⑵ 切割效率高
0 ]+ E: P/ t7 k: X, M* s0 d& k* b' d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。
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/ X$ f7 ~* S- ] Q9 R8 C5 U⑶ 切割速度快
/ n& k! `2 U- o- {% ?' K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。 % @' g; ?0 x& q+ i, f
⑷ 非接触式切割 . F4 s2 i) a, W& S
激光切割时割炬与工件无接触，不存在工具的磨损。加工不同形状的零件，不需要更换“刀具”，只需改变激光器的输出参数。激光切割过程噪声低，振动小，无污染。 & Y2 e# ^3 e& [( H2 ]4 Z( s" F, _& _
⑸ 切割材料的种类多
' F! O5 U% m1 T+ `与氧乙炔切割和等离子切割比较，激光切割材料的种类多，包括金属、非金属、金属基和非金属基复合材料、皮革、木材及纤维等。但是对于不同的材料，由于自身的热物理性能及对激光的吸收率不同，表现出不同的激光切割适应性。采用CO2激光器，各种材料的激光切割性能见表2。
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发表于 2009-7-30 10:24:10
