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早在上世紀 70 年代(dai)，激(ji)光就被首次用(yong)于(yu)切割。在現代(dai)工業生產中，激(ji)光切割更被廣泛應用(yong)于(yu)鈑金，塑料、玻璃、陶瓷、半導(dao)體以及紡織品、木材(cai)和紙質等材(cai)料加(jia)工。

未來幾年(nian)里，激光切割(ge)在(zai)精(jing)密加工和微加工領域的應(ying)用(yong)同樣會獲得實質的增長

激(ji)光切割

當聚焦的(de)激(ji)光束(shu)照到工件上時，照射區域會急劇(ju)升溫以使材(cai)料(liao)熔(rong)(rong)化(hua)(hua)或者氣化(hua)(hua)。一旦(dan)激(ji)光束(shu)穿透工件，切(qie)割過(guo)程就開始(shi)了：激(ji)光束(shu)沿著輪廓線移(yi)動(dong)，同(tong)時將材(cai)料(liao)熔(rong)(rong)化(hua)(hua)。通(tong)常會用一股噴射氣流將熔(rong)(rong)融物從切(qie)口(kou)吹走，在切(qie)割部分和板架間(jian)留下(xia)一條(tiao)窄(zhai)縫，窄(zhai)縫幾乎與(yu)聚焦的(de)激(ji)光束(shu)等(deng)寬。

火焰切割

火(huo)焰切割是切割低碳鋼時采用的一種標(biao)準工藝，采用氧(yang)(yang)氣(qi)(qi)作為切割氣(qi)(qi)體。氧(yang)(yang)氣(qi)(qi)加壓到高達 6 bar 后吹進切口。在那里，被加熱的金屬(shu)與氧(yang)(yang)氣(qi)(qi)發生反應：開(kai)始燃燒和氧(yang)(yang)化。化學反應釋放(fang)大量(liang)(liang)的能量(liang)(liang)（達到激(ji)光(guang)能量(liang)(liang)的五(wu)倍）輔(fu)助激(ji)光(guang)束進行切割。

熔化切割

熔(rong)化切割(ge)是切割(ge)金屬時(shi)使用的另一種標(biao)準工藝(yi)。也可以用于切割(ge)其他可熔(rong)材料，例如陶瓷(ci)。

采用氮氣(qi)(qi)(qi)或者氬(ya)氣(qi)(qi)(qi)作為(wei)切(qie)(qie)割氣(qi)(qi)(qi)，氣(qi)(qi)(qi)壓 2-20 bar 的(de)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)吹過切(qie)(qie)口。氬(ya)氣(qi)(qi)(qi)和(he)氮氣(qi)(qi)(qi)是(shi)惰性氣(qi)(qi)(qi)體(ti)，這意(yi)味著它(ta)們不和(he)切(qie)(qie)口中的(de)熔化金屬發(fa)生反應，僅僅將它(ta)們向底部吹走。同時(shi)，惰性氣(qi)(qi)(qi)體(ti)可以保護切(qie)(qie)割邊緣不被空氣(qi)(qi)(qi)氧化。

壓(ya)縮空氣切割

壓(ya)縮(suo)空(kong)氣(qi)同樣可以用(yong)來切割薄板。空(kong)氣(qi)加(jia)壓(ya)到 5-6 bar 就足(zu)以吹走(zou)切口中(zhong)的熔融金(jin)屬。由于空(kong)氣(qi)中(zhong)接近 80% 都是(shi)氮氣(qi)，因此壓(ya)縮(suo)空(kong)氣(qi)切割基本上(shang)屬于熔化切割。

等離子(zi)體輔助切割

如果參數選擇恰當，等(deng)(deng)離(li)子(zi)體輔助熔化(hua)切割(ge)切口中(zhong)會出現(xian)等(deng)(deng)離(li)子(zi)體云(yun)(yun)。等(deng)(deng)離(li)子(zi)體云(yun)(yun)由電離(li)的金(jin)屬(shu)蒸氣和電離(li)的切割(ge)氣組(zu)成。等(deng)(deng)離(li)子(zi)體云(yun)(yun)吸收 CO2 激光的(de)能(neng)量(liang)(liang)并轉化進(jin)工件，使更多的(de)能(neng)量(liang)(liang)耦合到工件，材料會更快熔(rong)化，從而使切割(ge)速度更快。因此，這種切割(ge)過(guo)程也叫(jiao)高(gao)速等離子體切割(ge)。

等離子體云(yun)事實上相對于(yu)固體激光是(shi)透明的，因此等離子體輔(fu)助熔化切割只能(neng)使用 CO2激(ji)光。

氣(qi)化切割

氣化切割將材(cai)料(liao)蒸(zheng)發(fa)，盡可(ke)能減小了對(dui)周圍材(cai)料(liao)的(de)(de)熱效應影響。采(cai)用(yong)連續 CO2 激光加工(gong)蒸(zheng)發(fa)低熱量、高吸收的(de)(de)材(cai)料(liao)就可(ke)以達到(dao)上述效果，例如(ru)薄(bo)的(de)(de)塑料(liao)薄(bo)膜以及木材(cai)、紙、泡沫(mo)等不(bu)熔(rong)化的(de)(de)材(cai)料(liao)。

超短脈(mo)沖(chong)激(ji)光(guang)使這(zhe)項技術(shu)可(ke)以(yi)應(ying)用于(yu)其他材料。金屬(shu)中的自由電子吸(xi)收激(ji)光(guang)并劇烈升(sheng)溫。激(ji)光(guang)脈(mo)沖(chong)不與(yu)熔融(rong)的粒(li)子和等(deng)離子體反應(ying)，材料直接升(sheng)華(hua)，沒(mei)有(you)(you)(you)時(shi)間將能量以(yi)熱量的形式(shi)傳給周(zhou)圍材料。皮秒脈(mo)沖(chong)燒蝕材料時(shi)沒(mei)有(you)(you)(you)明顯的熱效(xiao)應(ying)，沒(mei)有(you)(you)(you)熔化和毛刺(ci)形成(cheng)。

參數：調整加工過程

許(xu)多參數(shu)影響激(ji)光切割過程，其(qi)中(zhong)一些取(qu)決于激(ji)光器和機床的技術性(xing)能，而另一些是變(bian)化的。

偏振(zhen)度表明多(duo)少百分比的(de)激光(guang)被轉換(huan)。典型的(de)偏振(zhen)度一般在 90% 左右。這對于高質(zhi)量的(de)切割(ge)已經足夠了。

焦(jiao)(jiao)點直徑影(ying)響切口寬度，可以通過改變聚(ju)焦(jiao)(jiao)鏡的(de)焦(jiao)(jiao)距改變焦(jiao)(jiao)點直徑。更小的(de)焦(jiao)(jiao)點直徑意味著更窄的(de)切口。

焦(jiao)點位(wei)置決定(ding)了工件表面上的光束直(zhi)徑和(he)功率密度(du)以(yi)及切口的形狀。

激光功(gong)率應和加工(gong)(gong)類(lei)型、材料種類(lei)和厚度相(xiang)匹配(pei)。功(gong)率必(bi)須足夠高以至于(yu)工(gong)(gong)件上的功(gong)率密度超出加工(gong)(gong)閾值(zhi)。

連續(xu)模式主要用(yong)于切割毫米(mi)到厘米(mi)尺寸的金屬和塑(su)料(liao)的標(biao)準輪(lun)廓(kuo)。而為了(le)熔化穿孔或者產生精(jing)密的輪(lun)廓(kuo)，則采用(yong)低頻的脈沖激光(guang)。

激光功率(lv)和切(qie)割速度(du)必須互相匹配。太快或者(zhe)太慢的切(qie)割速度(du)都會導(dao)致粗糙度(du)的增加和毛刺的形成。

噴嘴的(de)(de)直(zhi)徑決定了(le)從噴嘴中噴出的(de)(de)氣(qi)(qi)體(ti)流量和氣(qi)(qi)流形狀。材料(liao)越厚，氣(qi)(qi)體(ti)噴流的(de)(de)直(zhi)徑也(ye)要越大，相應(ying)地，噴嘴口(kou)的(de)(de)直(zhi)徑也(ye)要增大。

氧氣(qi)和氮氣(qi)經常用作切割氣(qi)體。氣(qi)體的純度和氣(qi)壓影響切割效果(guo)。

采用(yong)氧氣(qi)火焰切割(ge)時，氣(qi)體純度需達到 99.95 %。鋼板越(yue)厚，采用(yong)的氣(qi)體氣(qi)壓越(yue)低。

采用氮氣(qi)熔(rong)化切割時，氣(qi)體純度需要(yao)達(da)到 99.995 %（理想情況(kuang)是 99.999 %），熔(rong)化切割厚鋼(gang)板時需要(yao)更(geng)高的氣(qi)壓。

在(zai)激光切割(ge)早(zao)期，使用者必須通過(guo)試運轉自行決定加工參(can)數的設(she)置。現在(zai)，成熟的加工參(can)數被存儲在(zai)切割(ge)系統(tong)的控制裝置中。對于(yu)每一種材料類型和(he)厚度，都有對應(ying)的數據。技術參(can)數表使得即使不熟悉(xi)這(zhe)種技術的人也能順利操(cao)作激光切割(ge)設(she)備。

有許(xu)多判定激(ji)光切割(ge)(ge)邊緣質量的標(biao)準(zhun)。像毛刺形(xing)式(shi)、凹(ao)陷(xian)、紋路等標(biao)準(zhun)可以用肉(rou)眼判定；垂直度(du)、粗糙度(du)和(he)切口寬度(du)等則需要(yao)采用專用儀器來(lai)測(ce)量。材料沉積，腐蝕(shi)，熱(re)影響(xiang)區(qu)域和(he)變形(xing)也是(shi)衡量激(ji)光切割(ge)(ge)質量的重要(yao)因素。