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早在(zai)(zai)上(shang)世紀 70 年代，激光就(jiu)被首次(ci)用(yong)于(yu)切割(ge)。在(zai)(zai)現(xian)代工(gong)業生(sheng)產中，激光切割(ge)更被廣泛應(ying)用(yong)于(yu)鈑金，塑料(liao)、玻璃、陶瓷(ci)、半導體以及紡織(zhi)品、木材(cai)(cai)和紙質(zhi)等材(cai)(cai)料(liao)加工(gong)。

未來(lai)幾年(nian)里，激光切割在(zai)精密加(jia)工和微加(jia)工領域的應用同樣會(hui)獲得實質(zhi)的增長

激光切割

當聚焦的(de)激(ji)(ji)光束(shu)照到工(gong)(gong)件(jian)上時(shi)，照射(she)區(qu)域會(hui)急劇升溫(wen)以使材(cai)料熔化或者氣(qi)化。一(yi)旦激(ji)(ji)光束(shu)穿透工(gong)(gong)件(jian)，切割(ge)過(guo)程就開始了：激(ji)(ji)光束(shu)沿著(zhu)輪廓線移(yi)動，同時(shi)將(jiang)材(cai)料熔化。通常會(hui)用(yong)一(yi)股噴射(she)氣(qi)流將(jiang)熔融物從(cong)切口吹走，在切割(ge)部分和板架間(jian)留下一(yi)條(tiao)窄縫，窄縫幾乎與聚焦的(de)激(ji)(ji)光束(shu)等寬。

火(huo)焰切割(ge)

火焰切割(ge)(ge)是切割(ge)(ge)低碳鋼時采用(yong)(yong)的一種標準工藝，采用(yong)(yong)氧(yang)氣作為切割(ge)(ge)氣體。氧(yang)氣加壓到高達(da)(da) 6 bar 后吹進(jin)切口。在(zai)那里，被加熱的金屬與氧(yang)氣發生反應(ying)：開始燃(ran)燒和(he)氧(yang)化。化學反應(ying)釋放大量的能量（達(da)(da)到激(ji)光(guang)(guang)能量的五倍(bei)）輔助激(ji)光(guang)(guang)束進(jin)行(xing)切割(ge)(ge)。

熔化切(qie)割(ge)

熔(rong)化切(qie)割是切(qie)割金屬時使(shi)用的另一種(zhong)標(biao)準工藝。也可以(yi)用于切(qie)割其他(ta)可熔(rong)材料(liao)，例(li)如陶瓷。

采用氮氣(qi)或(huo)者氬氣(qi)作為(wei)切(qie)割氣(qi)，氣(qi)壓 2-20 bar 的氣(qi)體(ti)吹過切(qie)口(kou)。氬氣(qi)和氮氣(qi)是惰性(xing)(xing)氣(qi)體(ti)，這意味著它(ta)們(men)不和切(qie)口(kou)中的熔化(hua)(hua)金屬發(fa)生反應，僅僅將(jiang)它(ta)們(men)向(xiang)底部(bu)吹走。同時，惰性(xing)(xing)氣(qi)體(ti)可以保護切(qie)割邊緣不被空氣(qi)氧(yang)化(hua)(hua)。

壓(ya)縮空(kong)氣切(qie)割

壓縮空氣(qi)(qi)同樣可以用來切割薄板。空氣(qi)(qi)加壓到 5-6 bar 就足以吹走切口中(zhong)的(de)熔融金屬。由于(yu)空氣(qi)(qi)中(zhong)接近 80% 都是氮氣(qi)(qi)，因(yin)此(ci)壓縮空氣(qi)(qi)切割基本上屬于(yu)熔化切割。

等離子體輔助切割(ge)

如(ru)果參數選(xuan)擇恰(qia)當，等(deng)離(li)(li)(li)子(zi)體(ti)輔助熔化(hua)切割(ge)(ge)切口中(zhong)會出現(xian)等(deng)離(li)(li)(li)子(zi)體(ti)云。等(deng)離(li)(li)(li)子(zi)體(ti)云由電離(li)(li)(li)的金屬蒸(zheng)氣和(he)電離(li)(li)(li)的切割(ge)(ge)氣組成。等(deng)離(li)(li)(li)子(zi)體(ti)云吸收 CO2 激光的能(neng)量(liang)并轉化進(jin)工(gong)件(jian)，使更多的能(neng)量(liang)耦合到(dao)工(gong)件(jian)，材料會更快(kuai)(kuai)熔化，從而使切割速度更快(kuai)(kuai)。因此，這種切割過程(cheng)也叫高速等離子體切割。

等(deng)離子(zi)體(ti)云事(shi)實上(shang)相對于固體(ti)激(ji)光是透明(ming)的，因此(ci)等(deng)離子(zi)體(ti)輔助熔化切割只(zhi)能使用 CO2激(ji)光(guang)。

氣化切割

氣化(hua)切割將材(cai)料(liao)蒸(zheng)發(fa)，盡(jin)可能減(jian)小了對(dui)周圍材(cai)料(liao)的(de)熱效(xiao)應影響(xiang)。采(cai)用連續 CO2 激光加工蒸(zheng)發(fa)低熱量、高吸收的(de)材(cai)料(liao)就可以(yi)達到上述(shu)效(xiao)果，例如薄的(de)塑料(liao)薄膜以(yi)及木(mu)材(cai)、紙、泡沫等不熔化(hua)的(de)材(cai)料(liao)。

超短脈(mo)(mo)沖(chong)激光(guang)使這項技術可以(yi)應(ying)用于其他材料。金屬中的自由電子吸收激光(guang)并劇烈升(sheng)溫。激光(guang)脈(mo)(mo)沖(chong)不(bu)與熔(rong)融的粒子和等離子體反應(ying)，材料直接(jie)升(sheng)華，沒有時間將能量(liang)以(yi)熱量(liang)的形式傳給周圍材料。皮(pi)秒脈(mo)(mo)沖(chong)燒(shao)蝕材料時沒有明顯(xian)的熱效應(ying)，沒有熔(rong)化和毛刺形成。

參數(shu)：調(diao)整加(jia)工過(guo)程

許多參數影響激(ji)光(guang)(guang)切割過(guo)程，其(qi)中一些取決于(yu)激(ji)光(guang)(guang)器和(he)機床的技術性能，而另一些是變化的。

偏振(zhen)度表明多(duo)少百分比的(de)激光(guang)被轉(zhuan)換。典型的(de)偏振(zhen)度一(yi)般在 90% 左(zuo)右。這(zhe)對于高質量(liang)的(de)切割已經足夠了。

焦(jiao)點直(zhi)(zhi)徑影響(xiang)切口寬度，可以通過改變聚(ju)焦(jiao)鏡的(de)(de)(de)焦(jiao)距(ju)改變焦(jiao)點直(zhi)(zhi)徑。更小的(de)(de)(de)焦(jiao)點直(zhi)(zhi)徑意味著更窄的(de)(de)(de)切口。

焦點(dian)位置決定了(le)工件表面上(shang)的(de)(de)光束直徑和功率密度以及(ji)切口的(de)(de)形(xing)狀。

激光功(gong)率應和加(jia)工(gong)類(lei)型、材(cai)料種類(lei)和厚度相匹配(pei)。功(gong)率必須足夠高(gao)以至(zhi)于(yu)工(gong)件上(shang)的功(gong)率密(mi)度超出加(jia)工(gong)閾值。

連續模(mo)式主要用于(yu)切割毫米到厘米尺(chi)寸的金屬和塑(su)料的標準輪(lun)廓。而為了(le)熔(rong)化穿(chuan)孔(kong)或者(zhe)產生精密的輪(lun)廓，則采用低頻的脈(mo)沖激光。

激光功率和切(qie)割(ge)(ge)速(su)度(du)(du)必須互(hu)相(xiang)匹配。太快或者(zhe)太慢的切(qie)割(ge)(ge)速(su)度(du)(du)都會導致粗糙度(du)(du)的增加和毛(mao)刺的形成(cheng)。

噴嘴(zui)的(de)直徑決定了從噴嘴(zui)中噴出的(de)氣體(ti)(ti)流(liu)量(liang)和氣流(liu)形(xing)狀。材(cai)料(liao)越厚，氣體(ti)(ti)噴流(liu)的(de)直徑也要越大，相應地，噴嘴(zui)口(kou)的(de)直徑也要增(zeng)大。

氧氣(qi)和(he)氮(dan)氣(qi)經常用作切割氣(qi)體。氣(qi)體的純度和(he)氣(qi)壓影響切割效(xiao)果。

采(cai)用氧氣火(huo)焰切割(ge)時，氣體(ti)純度需達到(dao) 99.95 %。鋼板越厚，采(cai)用的(de)氣體(ti)氣壓越低。

采用氮(dan)氣(qi)熔(rong)(rong)化切割時(shi)，氣(qi)體純度需要達到 99.995 %（理想(xiang)情況(kuang)是(shi) 99.999 %），熔(rong)(rong)化切割厚鋼板時(shi)需要更高的氣(qi)壓(ya)。

在激光(guang)切割早(zao)期，使用者必須(xu)通過試運轉自(zi)行(xing)決(jue)定加工參(can)數(shu)的(de)設置(zhi)。現在，成熟的(de)加工參(can)數(shu)被存(cun)儲在切割系(xi)統的(de)控制裝置(zhi)中。對(dui)于每一種材料(liao)類型和(he)厚度，都有對(dui)應(ying)的(de)數(shu)據(ju)。技術(shu)參(can)數(shu)表使得即使不熟悉這種技術(shu)的(de)人也能順利操作(zuo)激光(guang)切割設備。

有(you)許多判(pan)定激光切(qie)割邊(bian)緣質量的(de)標準。像毛刺形式、凹陷(xian)、紋路(lu)等(deng)標準可以用(yong)(yong)肉(rou)眼判(pan)定；垂直度(du)、粗糙度(du)和切(qie)口寬度(du)等(deng)則(ze)需要(yao)采用(yong)(yong)專用(yong)(yong)儀器(qi)來測量。材料沉積，腐蝕，熱影響區域(yu)和變形也是衡量激光切(qie)割質量的(de)重要(yao)因(yin)素(su)。