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激光切割的工艺过程及其参数分析

1激光设备激光设备采用Trumpf公司激光冲裁复合加工中心。2激光束参数激光系统一般由激光器、激光传输系统、控制系统、运动系统、传感与检测系统组成，其核心为激光器。激光器为CO2气体脉冲式激光器。光束横截面上光强分布接近高斯分布．具有极好的光束质量，主要性能指标如下：激光波长：10.61xm脉冲功率：2.4kW;脉冲宽度；约l0ms功率密度：107W/cm2；激光发散角：1mrad激光功率稳定度：2％激光束焦点直径：Φ0.15-Φ0.30经

激光设备

激光设备采用Trumpf公司激光冲裁复合加工中心。

激光束参数

激光系统一般由激光器、激光传输系统、控制系统、运动系统、传感与检测系统组成，其核心为激光器。

激光器为CO2气体脉冲式激光器。光束横截面上光强分布接近高斯分布．具有极好的光束质量， 主要性能指标如下：

激光波长：10.61xm

脉冲功率：2.4kW;脉冲宽度；约l0ms

功率密度：107W/cm2；激光发散角：1mrad激光功率稳定度：2％

激光束焦点直径：Phi;0.15-Φ0.30

经实践验证，激光冲裁复合加工中心CO2激光切割加工delta;0.5mm-δ6mm板材的工艺特点及相关参数是：

图1氧气切割碳钢切缝粗糙度与料厚的关系

切口宽度窄（一般为0.15-0.30mm）、精度高（一般孔中心距误差为0.01-0.05mm，轮廓尺寸误差为0.05-0.2mm）、切口表面粗糙度好（一般Rz为

1.6-6.41mu;m），切缝一般不需再加工即可焊接。由图1可以看出切缝粗糙度与料厚成正比。

采用2kW激光功率，6mm厚不锈钢的切割速度为1.2m/min；δ2mm厚不锈钢的切割速度为3.6m/min，热影响区微小，变形极小。以上优点足以证明：CO2激光切割成为发展迅速的一种先进加工方法。

由图2可以看出材料的最大切割速度与料厚成反比。图2几种常见材料的最大切割速度与料厚的关系

工艺过程及工艺参数

数控编制切割工艺

用Trumpf公司激光冲裁复合加工中心附带的TOPS300工艺编程软件进行数控编程，同时完成材料的下料尺寸计算、排样、工艺参数设定。过程如下：

绘图及图形类型的转换（要求零件外轮廓闭合）；

确定材料、尺寸和零件排样；

使用激光切割：圆角工艺（获得锐边倒钝）或回路工艺（获得锐角）；自动载入气体类型、切割速度，并设置退料；

加工顺序优化，生成数控加工程序，传输程序；

切割穿孔技术

对于δ0.5mm-δ6mm厚的板材．大多数热切割技术都必须在板上穿一小孔。激光冲压复合机上是用冲头先冲出一孔。然后再用激光从小孑L处开始切割。对于没有冲压装置的激光切割机一般用脉冲穿孔的基本方法——脉冲穿孔：金属对10.6um激光束的起始吸收率只有0.5％～10％。当功率密度超过106W/cm2的聚焦激光束照射到金属表面时。却能在微秒级的时间内很快使表面开始熔化。常用空气或氮气作为辅助气体，每个脉冲激光只产生小的微粒喷

射。逐步深入，因此厚板穿孑L时间需要几秒钟。一旦穿孔完成，立即将辅助气体换成氧气进行切割。（注：产生高峰值功率脉冲激光的元气件电子管寿命约20000小时,价格昂贵,对δ≤3薄板最好采用预冲孔工艺，δ≥3的板料才采用脉冲穿孔工艺）。

喷嘴及气流控制

激光切割钢材时，氧气和聚焦的激光束是通过喷嘴射到被切材料处。从而形成一个气流束。对气流的基本要求是进入切口的气流量要大，速度要高，以便足够的氧化使切口材料充分进行放热反应，同时又有足够的动量将熔融材料喷射吹出。目前激光切割用的喷嘴采用一锥形孔带端部小圆孔的结

构．在使用时从喷嘴侧面通入一定压力。材质为纯铜，体积较小，是易损零

件。

激光切割的主要工艺

升华切割

在高功率密度激光束的加热下。δ0.5mm～δ6mm板材的表面温度会迅速升至沸点温度。部分材料汽化成蒸汽消失，部分材料作为喷出物从切缝底部被辅助气流吹走。切割气体一般用氮气或氩气。

高压气聚焦熔化切割

当入射的激光束功率密度超过某一值后．光束照射点处材料内部开始蒸发，形成孔洞。它将作为黑体吸收所有的入射光束能量。小孔被熔化物质所包围。然后．与光束同轴的辅助气流把孔洞周围的熔融材料带走。随着工件移动，小孔按切割方向同步横移形成一条切缝。切割气体一般用氮气。

表1切割气体氧气和氮气的比较

火焰氧化熔化切割

熔化切割一般使用惰性气体，如果代之以氧气或其它活性气体。材料在激光束的照射下与氧气发生激烈的化学反应而产生另一热源，称为氧化熔化切割。切割气体一般用氧气。切割气体氧气和氮气的比较见表1。

激光切割气体的消耗

激光切割气体的消耗如图3和图4