干货 | 工程师都该了解的激光切割指南柳州激光切割

早在上世纪 70 年代，激光就被首次用于切割。近几年，激光切割机对制造行业发展的作用日益凸显。

一台技术先进、功能强大的激光切割机是光、机、电一体化的复杂系统，它实用的切割功能是实现高效率、高品质板材加工的重要保障。

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。本文通过对激光切割功能的盘点，旨在让读者更深入地认识激光切割工艺，从而更好地应用到实际生产操作中。柳州激光切割

激光切割的原理

激光器可以完成各种不同的切割任务。从在半导体芯片上生成只有几微米的切口，到高质量地切割 30 毫米钢板。在激光打孔时，激光束无接触地在金属、塑料、纸张和石头上生成细微的或者较大的孔眼。

聚焦的激光束照射到工件上，将材料加热，使其熔化或者蒸发。一旦激光束将工件完全穿透，就开始了切割工艺：激光束沿着工件轮廓移动，不断地熔化工件材料。在大多数情况下，气流将熔体从切口中向下挤出。切口的宽度不会比聚焦的激光束宽多少。在激光打孔时，短脉冲激光以很高的功率密度将工件材料熔化和蒸发。由此产生的高压将熔体从孔眼中向下排出。

激光切割工艺

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。激光切割厂家

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。

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技术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。

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技术性能，而另一些是变化的。

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。

焦点位置：工件内部，工件表面和工件上方

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。

更高的激光功率可以切割更厚的材料

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。

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。金属激光切割加工

切割速度随着板材厚度增加而降低

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。