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激光切割的主要工艺和运用价值

摘要

随着工业技术的发展，对于材料的切割要求会越来越高，这对切割的

技术也就有着很高的要求。激光切割与传统的切割方法相比，有着多方面

的要求，正好符合这方面的要求。激光切割速度快和精度高以及对切割材

料的性能影响小等优点，正在广泛的应用于各个领域，而且在未来激光切

割会扮演越来越重要的角色，其应用的价值越来越得到人们的肯定。

关键词激光切割，工艺，应用，价值

前言

激光切割是利用聚焦而成的高能量密度激光束将工件熔化或汽化,并

利用辅助气体将熔化物或氧化物吹除而形成切口实现切割。激光切割时，

能量以光的形式集中成一条高密度的光束，光束传递到工作表面，产生足

够的热量，使材料熔化，加之与光束同轴的高压气体直接除去熔隔金属，

从而达到切割的目的，这说明激光切割加工同机床的机械加工有着本质的

区别。它是利用从激光发生器发射出的激光束，经外电路系统，聚焦成高

功率密度的激光束照射条件，激光热量被工件材料吸收，工件温度急剧上

升，到达沸点后，材料开始汽化并形成孔洞，随着光束与工件相对位置的

移动，最终使材料形成切缝。切缝时的工艺参数（切割速度，激光器功率，

气体压力等）及运动轨迹均由数控系统控制，割缝处的熔渣被一定压力的

辅助气体吹除。由于它可对不同材料进行加工,因此对不同的切割所形成的

机制是有区别的。由于它可以对不同材料进行切割,因此对不同材料的切

割机制是有所区别的。

１激光切割的主要工艺

依据切割原理，激光切割可以分为汽化切割、熔化切割、氧助熔化切

割和控制断裂切割四种加工工艺。

１.1汽化切割

汽化切割是在高功率密度激光束的加热下，材料表面温度升至沸点温度

的速度是非常快的，这就可以避免热传导而造成的熔化，于是部分材料汽

化成消失，部分材料作为喷出物从切缝底部被辅助气流吹走。一些不能熔

化的材料，就是通过汽化切割方法切割成形的。汽化切割过程中，蒸汽随

身带走熔化质点并冲刷碎屑，形成孔洞。汽化过程中，大约40%的材料化作

蒸汽消失，而有60%的材料是以熔滴的形式被气流驱除的。这种方式切割一

般需要较高的功率密度,是熔化切割所需能量10倍。该种方法适合加工不

能熔化的木材、碳素和某些塑料。

１.2熔化切割

熔化切割是在激光束加热工件熔化时用与激光束同轴的辅助气体将其

吹落形成切缝。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。一旦这种小孔形成，它将作为黑体吸收所有

的入射光束能量。小孔被熔化金属壁所包围，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。激光束继续沿着这条缝的前沿照射，熔化材料持续或脉动

地从缝内被吹走。

１.3氧化熔化切割

氧助熔化切割是用氧气代替熔化切割时的惰性气体,氧气与高温下的

金属反应放出热量加速了切割过程。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被点燃，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。具体描述如下：

材料表面在激光束的照射下很快被加热到燃点温度，随之与氧气发生

激烈的燃烧反应，放出大量热量。在此热量作用下，材料内部形成充满蒸

汽的小孔，而小孔的周围为熔融的金属壁所包围。燃烧物质转移成熔渣控

制氧和金属的燃烧速度，同时氧气扩散通过熔渣到达点火前沿的快慢也对

燃烧速度有很大的影响。氧气流速越高，燃烧化学反应和去除熔渣的速度

也越快。当然，氧气流速不是越高越好，因为流速过快会导致切缝出口处

反应产物即金属氧化物的快速冷却，这对切割质量也是不利的。氧化熔化

切割过程存在着两个热源，即激光照射能和氧与金属化学反应产生的热能。

据估计，切割钢时，氧化反应放出的热量要占到切割所需全部能量的60%

左右。很明显，与惰性气体比较，使用氧作辅助气体可获得较高的切割速

度。在拥有两个热源的氧化熔化切割过程中，如果氧的燃烧速度高于激光

束的移动速度，割缝显得宽而粗糙。如果激光束移动的速度比氧的燃烧速

度快，则所得切缝狭而光滑。

１.3控制断裂切割

控制断裂切割是用激光束加热脆性材料的小块区域引起热梯度和严重

的机械变形最终导致裂缝。对于容易受热破坏的脆性材料，通过激光束加

热进行高速、可控的切断，称为控制断裂切割。这种切割过程主要