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早在(zai)上世紀 70 年代(dai)，激光(guang)(guang)就被(bei)首次用于(yu)切割。在(zai)現代(dai)工業生產(chan)中，激光(guang)(guang)切割更(geng)被(bei)廣泛應用于(yu)鈑(ban)金，塑料、玻璃(li)、陶瓷、半導體(ti)以及紡織品、木材和紙質(zhi)等材料加工。

未來幾年里，激光切割在(zai)精密加工和微加工領域的應用同(tong)樣會獲得實質的增長

激光切割

當聚(ju)焦(jiao)的激(ji)光(guang)束(shu)(shu)照(zhao)到工(gong)件上時(shi)，照(zhao)射區域會(hui)急(ji)劇升溫(wen)以使材料(liao)熔化或者氣化。一旦激(ji)光(guang)束(shu)(shu)穿透工(gong)件，切割過程就開始了：激(ji)光(guang)束(shu)(shu)沿著輪廓線(xian)移動(dong)，同時(shi)將材料(liao)熔化。通常會(hui)用一股噴射氣流將熔融(rong)物從切口吹(chui)走，在(zai)切割部分和板架間留下(xia)一條窄縫(feng)，窄縫(feng)幾乎(hu)與聚(ju)焦(jiao)的激(ji)光(guang)束(shu)(shu)等寬。

火焰切割

火焰切(qie)(qie)割(ge)是(shi)切(qie)(qie)割(ge)低碳鋼時采(cai)用的(de)一種標(biao)準工(gong)藝，采(cai)用氧(yang)氣(qi)(qi)作為切(qie)(qie)割(ge)氣(qi)(qi)體。氧(yang)氣(qi)(qi)加壓到(dao)高(gao)達(da) 6 bar 后(hou)吹進(jin)切(qie)(qie)口(kou)。在那里，被加熱的(de)金(jin)屬與氧(yang)氣(qi)(qi)發生(sheng)反應(ying)：開始燃燒和氧(yang)化(hua)。化(hua)學反應(ying)釋放(fang)大量(liang)的(de)能量(liang)（達(da)到(dao)激光(guang)能量(liang)的(de)五倍）輔助激光(guang)束進(jin)行切(qie)(qie)割(ge)。

熔化切割(ge)

熔化切(qie)割是切(qie)割金屬時使用(yong)的(de)另一種標(biao)準工藝。也可以用(yong)于(yu)切(qie)割其(qi)他(ta)可熔材料(liao)，例如陶瓷。

采用(yong)氮氣(qi)(qi)(qi)或者氬氣(qi)(qi)(qi)作為(wei)切割氣(qi)(qi)(qi)，氣(qi)(qi)(qi)壓(ya) 2-20 bar 的氣(qi)(qi)(qi)體吹過切口。氬氣(qi)(qi)(qi)和氮氣(qi)(qi)(qi)是惰性(xing)氣(qi)(qi)(qi)體，這(zhe)意味著它(ta)們(men)(men)不(bu)和切口中的熔(rong)化金屬發生反(fan)應，僅(jin)僅(jin)將它(ta)們(men)(men)向底部吹走(zou)。同時，惰性(xing)氣(qi)(qi)(qi)體可以保(bao)護(hu)切割邊(bian)緣不(bu)被空氣(qi)(qi)(qi)氧化。

壓縮(suo)空氣切割

壓縮(suo)空(kong)氣同樣可以用來切(qie)(qie)割(ge)(ge)薄板。空(kong)氣加壓到 5-6 bar 就(jiu)足(zu)以吹走切(qie)(qie)口中(zhong)的熔融金屬(shu)。由于(yu)空(kong)氣中(zhong)接近 80% 都是氮氣，因(yin)此壓縮(suo)空(kong)氣切(qie)(qie)割(ge)(ge)基本上屬(shu)于(yu)熔化切(qie)(qie)割(ge)(ge)。

等離子體(ti)輔助切割

如果參數(shu)選擇恰當，等離(li)子體(ti)輔助熔(rong)化切割切口中會出現(xian)等離(li)子體(ti)云(yun)(yun)。等離(li)子體(ti)云(yun)(yun)由(you)電離(li)的金屬(shu)蒸氣和(he)電離(li)的切割氣組成。等離(li)子體(ti)云(yun)(yun)吸收(shou) CO2 激光的能量并轉化進工件(jian)，使更(geng)(geng)多(duo)的能量耦合到工件(jian)，材料會更(geng)(geng)快(kuai)熔化，從(cong)而使切割(ge)速度(du)更(geng)(geng)快(kuai)。因(yin)此，這種切割(ge)過程(cheng)也叫(jiao)高速等離子體切割(ge)。

等離子體云事(shi)實上相對于固體激光是透明(ming)的(de)，因此等離子體輔助熔化切割(ge)只能使(shi)用(yong) CO2激光。

氣化切(qie)割(ge)

氣化切(qie)割將材(cai)(cai)料(liao)(liao)蒸發(fa)，盡可能減小(xiao)了對周圍材(cai)(cai)料(liao)(liao)的熱效應影響。采(cai)用(yong)連續(xu) CO2 激光(guang)加工蒸發(fa)低(di)熱量(liang)、高吸(xi)收的材(cai)(cai)料(liao)(liao)就可以達到上述效果(guo)，例如薄的塑料(liao)(liao)薄膜以及(ji)木(mu)材(cai)(cai)、紙、泡沫等不熔(rong)化的材(cai)(cai)料(liao)(liao)。

超(chao)短脈沖激(ji)(ji)光(guang)(guang)使這項技術可以(yi)(yi)應用于其(qi)他(ta)材料。金屬(shu)中的自由(you)電子(zi)吸收激(ji)(ji)光(guang)(guang)并(bing)劇(ju)烈升溫。激(ji)(ji)光(guang)(guang)脈沖不與熔融(rong)的粒子(zi)和等離子(zi)體(ti)反應，材料直接升華，沒有(you)時間將能量(liang)以(yi)(yi)熱(re)量(liang)的形式(shi)傳(chuan)給(gei)周圍材料。皮秒脈沖燒蝕材料時沒有(you)明顯的熱(re)效應，沒有(you)熔化和毛刺形成。

參數：調整加工過(guo)程

許多參數影響(xiang)激光(guang)切割過程(cheng)，其中一些(xie)取決于激光(guang)器和機床的技術(shu)性能，而另一些(xie)是(shi)變化的。

偏振(zhen)度表明多少百分比的激光被轉換。典型的偏振(zhen)度一般在 90% 左右。這對(dui)于高(gao)質量的切(qie)割已經(jing)足夠(gou)了。

焦(jiao)點(dian)(dian)直徑(jing)(jing)影(ying)響切口(kou)寬(kuan)度，可以(yi)通過改變(bian)聚(ju)焦(jiao)鏡的焦(jiao)距改變(bian)焦(jiao)點(dian)(dian)直徑(jing)(jing)。更(geng)小的焦(jiao)點(dian)(dian)直徑(jing)(jing)意(yi)味著(zhu)更(geng)窄(zhai)的切口(kou)。

焦點位(wei)置決定了工件表面上的光束直徑和功(gong)率(lv)密度以及切(qie)口的形狀(zhuang)。

激光(guang)功(gong)率應(ying)和(he)加工類型、材料種(zhong)類和(he)厚(hou)度(du)相匹(pi)配。功(gong)率必須足夠高以至于工件上的功(gong)率密度(du)超出(chu)加工閾值。

連續模(mo)式主要用(yong)于切(qie)割毫米到厘米尺寸(cun)的(de)(de)金屬和(he)塑料的(de)(de)標準(zhun)輪廓(kuo)(kuo)。而為(wei)了(le)熔化穿孔(kong)或者(zhe)產生精密(mi)的(de)(de)輪廓(kuo)(kuo)，則采用(yong)低頻的(de)(de)脈沖激(ji)光(guang)。

激光功率(lv)和切(qie)割(ge)速度(du)(du)必須互相匹配。太快或(huo)者太慢的切(qie)割(ge)速度(du)(du)都(dou)會導致粗糙度(du)(du)的增加和毛刺(ci)的形成。

噴(pen)(pen)嘴的直徑決定了從噴(pen)(pen)嘴中(zhong)噴(pen)(pen)出的氣(qi)體(ti)流量和氣(qi)流形(xing)狀。材料越厚(hou)，氣(qi)體(ti)噴(pen)(pen)流的直徑也要(yao)越大，相(xiang)應地，噴(pen)(pen)嘴口的直徑也要(yao)增大。

氧氣和(he)氮氣經常用作切割氣體(ti)。氣體(ti)的純度和(he)氣壓影響切割效果。

采(cai)用氧(yang)氣(qi)(qi)火焰切割時，氣(qi)(qi)體純度需(xu)達(da)到 99.95 %。鋼板越厚，采(cai)用的(de)氣(qi)(qi)體氣(qi)(qi)壓越低(di)。

采用氮氣(qi)(qi)熔化切(qie)割(ge)時，氣(qi)(qi)體(ti)純度需要(yao)達到 99.995 %（理想情(qing)況(kuang)是 99.999 %），熔化切(qie)割(ge)厚(hou)鋼(gang)板時需要(yao)更(geng)高的氣(qi)(qi)壓。

在(zai)激光切(qie)割早期(qi)，使用(yong)者必須通過(guo)試運轉(zhuan)自行決(jue)定加(jia)(jia)工(gong)參數(shu)的(de)設(she)置。現在(zai)，成熟(shu)的(de)加(jia)(jia)工(gong)參數(shu)被存儲在(zai)切(qie)割系(xi)統的(de)控(kong)制裝置中。對于每一種材(cai)料類型和厚度，都(dou)有對應的(de)數(shu)據。技術參數(shu)表(biao)使得即(ji)使不熟(shu)悉這種技術的(de)人(ren)也能順利操(cao)作激光切(qie)割設(she)備。

有許(xu)多(duo)判定激(ji)光切(qie)(qie)割邊(bian)緣質量(liang)(liang)的標準。像毛刺形式、凹(ao)陷、紋路等標準可以(yi)用肉(rou)眼判定；垂直度、粗(cu)糙(cao)度和(he)(he)切(qie)(qie)口(kou)寬度等則(ze)需要采(cai)用專(zhuan)用儀(yi)器(qi)來(lai)測量(liang)(liang)。材料沉積，腐蝕，熱影(ying)響(xiang)區域和(he)(he)變(bian)形也是衡量(liang)(liang)激(ji)光切(qie)(qie)割質量(liang)(liang)的重要因素。