激光切割激光切割的原理是啥？

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激光切割激光切割的原理是啥？

2019-06-30 00:05:18 来源：朵拉利品网

1, 激光切割的原理是啥？

激光切割是利用高功率密度的激光束扫描过材料表面，在极短时间内将材料加热到几千至上万摄氏度，使材料熔化或气化，再用高压气体将熔化或气化物质从切缝中吹走，达到切割材料的目的。激光切割，由于是用不可见的光束代替了传统的机械刀，激光刀头的机械部分与工作无接触，在工作中不会对工作表面造成划伤；激光切割速度快，切口光滑平整，一般无需后续加工；切割热影响区小，板材变形小，切缝窄（0.1mm~0.3mm）；切口没有机械应力，无剪切毛刺；加工精度高，重复性好，不损伤材料表面；数控编程，可加工任意的平面图，可以对幅面很大的整板切割，无需开模具，经济省时。
激光切割主要是CO2激光切割，CO2激光切割是用聚焦镜将CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化，同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料，并使激光束与材料沿一定轨迹作相对运动，从而形成一定形状的切缝。CO2激光切割技术比其他方法的明显优点是：（1）切割质量好。切口宽度窄（一般为0.1- -0.5mm）、精度高（一般孔中心距误差0.1-0.4mm，轮廓尺寸误差0.1-0.5mm）、切口表面粗糙度好（一般Ra为12.5-25μm），切缝一般不需要再加工即可焊接。（2）切割速度快。例如采用2KW激光功率，8mm厚的碳钢切割速度为1.6m/min;2mm厚的不锈钢切割速度为 3.5m/min，热影响区小，变形极小。（3）清洁、安全、无污染。大大改善了操作人员的工作环境。当然就精度和切口表面粗糙度而言，CO2激光切割不可能超过电加工；就切割厚度而言难以达到火焰和等离子切割的水平。
CO2激光切割的几项关键技术：一是焦点位置控制技术。聚焦透镜焦深越小，焦点光斑直径就越小，因此控制焦点相对于被切材料表面的位置十分重要。二是切割穿孔技术。任何一种热切割技术，除少数情况可以从板边缘开始外，一般都必须在板上穿一小孔。早先在激光冲压复合机上是用冲头先冲出一孔，然后再用激光从小孔处开始进行切割。三是嘴设计及气流控制技术。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。
激光切割工艺多种多样，其中熔化切割是使入射的激光束功率密度超过某一值，从而使光束照射点处材料内部开始蒸发，形成孔洞；汽化切割是使用高功率密度的激光束加热，避免热传导造成的熔化，于是部分材料汽化成蒸汽消失；氧化熔化切割是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；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，引起该区域大的热梯度和严重的机械变形，导致材料形成裂缝，称之为控制断裂切割。

2, 激光切割的主要特性是什么

第一，激光光能转换成惊人的热能保持在极小的区域内，可提供：（1）狭的直边割缝（2）最小的邻近切边的热影响区（3）极小的局部变形
第二，激光束对工件不施加任何力，它是无接触切割工具，这就意味着：（1）工件无机械变形（2）无刀具磨损，也谈不上刀具的转换问题（3）切割材料无须考虑它的硬度，也即激光切割能力不受被切材料的硬度影响，任何硬度的材料都可以切割
第三，激光束可控性强，并有高的适应性和柔性，因此：（1）与自动化设备相结合很方便，容易实现切割过程自动化（2）由于不存在对切割工件的限制，激光束具有无限的仿形切割能力（3）与计算机结合，可整张板排料，节省材料
大多数有机与无机材料都可以用激光切割。在工业制造系统占有份量很重的金属加工业，许多金属材料，不管它是什么样的硬度，都可以进行无变形切割。
二、激光切割是一种高能量、密度可控性好的无接触加工。

3, 激光切割和火焰切割有什么区别？

激光切割是利用高功率密度激光束照射被切割材料，使材料很快被加热至汽化温度，蒸发形成孔洞，随着光束对材料的移动，孔洞连续形成宽度很窄的（如0.1mm左右）切缝，完成对材料的切割。
由于没有刀具加工成本，所以激光切割设备也适用生产小批量的原先不能加工的各种尺寸的部件。激光切割设备通常采用计算机化数字控制技术（CNC）装置。采用该装置后，就可以利用电话线从计算机辅助设计（CAD）工作站来接受切割数据。
火焰切割是钢板粗加工的一种常用方式。其切割金属厚度从1毫米到1.2米，但是当您需要切割的绝大多数低碳钢钢板厚度在20毫米以下时，应采用其他切割方式。
火焰切割是利用氧化铁燃烧过程中产生的高温来切割碳钢，火焰割炬的设计为燃烧氧化铁提供了充分的氧气，以保证获得良好的切割效果。
火焰切割设备的成本低并且是切割厚金属板唯一经济有效的手段，但是在薄板切割方面有其不足之处。与等离子比较起来，火焰切割的热影响区要大许多，热变形比较大。为了切割准确有效，操作人员需要拥有高超技术才能在切割过程中及时回避金属板的热变形。
火焰切割方法有割炬切割和切割机切割两种。

4, 激光切割都有哪些分类？

激光切割技术广泛应用于金属和非金属材料的加工中，可大大减少加工时间，降低加工成本，提高工件质量。激光切割是应用激光聚焦后产生的高功率密度能量来实现的。与传统的板材加工方法相比，激光切割其具有高的切割质量、高的切割速度、高的柔性（可随意切割任意形状）、广泛的材料适应性等优点。
(1)激光熔化切割
在激光熔化切割中，工件被局部熔化后借助气流把熔化的材料喷射出去。因为材料的转移只发生在其液态情况下，所以该过程被称作激光熔化切割。
激光光束配上高纯惰性切割气体促使熔化的材料离开割缝，而气体本身不参与切割。
——激光熔化切割可以得到比气化切割更高的切割速度。气化所需的能量通常高于把材料熔化所需的能量。在激光熔化切割中，激光光束只被部分吸收。
——最大切割速度随着激光功率的增加而增加，随着板材厚度的增加和材料熔化温度的增加而几乎反比例地减小。在激光功率一定的情况下，限制因数就是割缝处的气压和材料的热传导率。
——激光熔化切割对于铁制材料和钛金属可以得到无氧化切口。
——产生熔化但不到气化的激光功率密度，对于钢材料来说，在104W/cm²~105W/cm²之间。
(2)激光火焰切割
激光火焰切割与激光熔化切割的不同之处在于使用氧气作为切割气体。借助于氧气和加热后的金属之间的相互作用，产生化学反应使材料进一步加热。对于相同厚度的结构钢，采用该方法可得到的切割速率比熔化切割要高。
另一方面，该方法和熔化切割相比可能切口质量更差。实际上它会生成更宽的割缝、明显的粗糙度、增加的热影响区和更差的边缘质量。
——激光火焰切割在加工精密模型和尖角时是不好的（有烧掉尖角的危险）。可以使用脉冲模式的激光来限制热影响。
——所用的激光功率决定切割速度。在激光功率一定的情况下，限制因数就是氧气的供应和材料的热传导率。
(3)激光气化切割
在激光气化切割过程中，材料在割缝处发生气化，此情况下需要非常高的激光功率。
为了防止材料蒸气冷凝到割缝壁上，材料的厚度一定不要大大超过激光光束的直径。该加工因而只适合于应用在必须避免有熔化材料排除的情况下。该加工实际上只用于铁基合金很小的使用领域。
该加工不能用于，象木材和某些陶瓷等，那些没有熔化状态因而不太可能让材料蒸气再凝结的材料。另外，这些材料通常要达到更厚的切口。
——在激光气化切割中，最优光束聚焦取决于材料厚度和光束质量。
——激光功率和气化热对最优焦点位置只有一定的影响。
——所需的激光功率密度要大于108W/cm2，并且取决于材料、切割深度和光束焦点位置。
——在板材厚度一定的情况下，假设有足够的激光功率，最大切割速度受到气体射流速度的限制。

5, 激光切割的优点局限和缺点

下面简单介绍一下三种激光切割机的特点：
第一类 YAG固体激光切割机
YAG固体激光切割机具有价格低、稳定性好的特点，但能量效率低一般主要优点：能切割其他激光切割机都无法切割的铝板，铜板以及大多数有色金属材料，机器采购价格便宜，使用成本低，维护简单，大部分关键技术已被国内企业所掌握，配件价格及维护成本低，且机器操作维护简单，对工人人员素质要求不高。
主要劣势及缺点：只能切割8mm以下的材料，且切割效率相当较低
主要市场定位：8mm以下切割，主要针对自用型中小企业和加工要求不是特别高的大多数钣金制造，家电制造，厨具制造，，装饰装潢，广告等行业用户，逐步取代线切割，数控冲床，水切割，小功率等离子等传统加工设备。
第二类光纤激光切割机
光纤激光切割机由于它可以通过光纤传输，柔性化程度空前提高，故障点少，维护方便，速度快，所以在切割4mm以内薄板时光纤切割机有着很大的优势，但是受固体激光波长的影响它在切割厚板时质量较差。光纤激光切割机的波长为1.06um，不易被非金属吸收，故不能切割非金属材料。光纤激光的光电转化率高达25%以上，在电费消耗、配套冷却系统等方面光纤激光的优势相当明显。根据国际安全标准，激光危害等级分4级，光纤激光由于波长短对人体由于是眼睛的伤害大，属于危害最大的一级，出于安全考虑，光纤激光加工需要全封闭的环境。
主要优点：光电转换率高，电力消耗少，能切割12MM以内的不锈钢板，碳钢板，是这三种机器中切割薄板速度最快的激光切割机，割缝细小，光斑质量好，可用于精细切割。
主要劣势及缺点：目前光纤激光器大部分核心关键技术都掌握在欧美等国家的一两个生产厂家手中，所以大部分机器价格昂贵，大部分的机器价格在150万以上，小功率的也基本在50万元左右，切割时由于光纤割缝很细耗气量巨大（尤其是在氮气切割时），另外光纤激光切割机很难甚至不能切割铝板，铜板等高反射材料，且在切割厚板时速度很慢。
主要市场定位：12mm以下切割，尤其是薄板的高精密加工，主要针对对加精度及效率要求极高的厂家，估计伴随着5000W及以上激光器的出现，光纤激光切割机最终会取代CO2大功率激光切割机的大部分市场。
第三类 CO2激光切割机
CO2激光切割机，可以稳定切割20mm以内的碳钢，10mm以内的不锈钢，8mm以下的铝合金。CO2激光器的波长为10.6um，比较容易被非金属吸收，可以高质量地切割木材、亚克力、PP、有机玻璃等非金属材料，但是CO2激光的光电转化率只有10%左右。CO2激光切割机在光束出口处装有喷吹氧气、压缩空气或惰性气体N2的喷嘴，用以提高切割速度和切口的平整光洁。为了提高电源的稳定性和寿命，对于CO2气体激光要解决大功率激光器的放电稳定性。根据国际安全标准，激光危害等级分4级，CO2激光属于危害最小的一级。
主要优点：功率大，一般功率都在2000-4000W之间，能切割25毫米以内的全尺寸不锈钢，碳钢等常规材料，以及4 mm以内铝板和60MM以内的亚克力板，木质材料板，PVC板，且在切割薄板时速度很快。另外，由于CO2激光器输出的是连续激光，其在切割时，是这三种激光切割机中切割断面效果最光滑最好的。
主要劣势及缺点：由于CO2激光器大部分核心关键技术都掌握在欧美厂家手中，所以大部分机器价格昂贵，大部分的机器价格在200万以上，且配件耗材等相关维护费用极高，另外在实际使用用运营成本很高，且切割时耗气量很大。
主要市场定位：6-25毫米的中厚板切割加工，主要针对大中型企业以及部分纯对外加工的激光切割加工企业，但由于其激光器维护耗损大，主机耗电量大等无法克服因素，近年来其市场受固体激光切割机以及光纤激光切割机的巨大冲击，市场处于明显萎缩的状态，估计经过未来激光器的进一步发展，最终CO2激光切割机将被光纤激光切割机所取代。
客户在评估激光切割机的过程中，应当根据自己的需求及割目的，来选择不同的切割设备。

6, 激光切割不锈钢

不锈钢激光切割机属于金属切割机里的一种，其主要切割材料为不锈钢。由于不锈钢的材质特性，采用YAG宝石棒激光管最为合适。不锈钢对这种激光器的吸收效果非常好。
不锈钢激光切割机是金属激光切割机中的一种分类，是一款专门对于不锈钢打造的，不锈钢的使用范围很广，像厨房设备、一般拉伸材、煤气灶、电冰箱、电器用具、洗衣机、烘干机微波炉、电子部件、钢管用、装饰管、构造管、排管用、建筑材料、再研磨、电梯、建筑内外装饰材、窗户、门材、化学设备、热交换器、锅炉、罐等，由此可见不锈钢的应用广泛，然而不锈钢激光切割机的应用更是，对于这些不锈钢产品，表面光滑程度要求比较高，在不锈钢激光切割机切割的时候出现毛刺应当怎么处理呢？在利用不锈钢激光切割机切割的时候，出现毛刺一般是切割头的割嘴问题，首先应当考察此因素，如果更换割嘴不能解决，就要检查激光切割机导轨的运动是否稳定了，排查就两大问题就能够解决不锈钢激光切割机在切割产品的时候出现毛刺的问题了。
不锈钢薄板的激光切割机在工业生产中也占有较大的比重，不锈钢和低碳铜的主要区，是其成分的不同，而切割机理也有所不同。不锈钢含有1%~20%的铬存倾向于破坏氧化过程。
切割时不锈钢中的铁干将均与氧发生放热反应，其中铬的氧化有阻止氧气进入熔化材料内部的特性，而使进熔化层的氧气量减少熔化层氧化不完全，反应减少，使切割速度降低。与低碳钢相比，不锈钢切割需要的激光功率和氧气压力都较高，而不锈钢切割虽然达到较满意的切割效果，但却很难获得完全无粘渣的切缝。利用惰性气体作为辅助气体切割不锈钢可获得无氧化切边，直接用来焊接但其切割速度与氧作辅助气体相比耍降低10%左右。
影响不锈钢切割质量最重要的工艺参量是切割速度、激光功率、氧气压力和焦点分别表示激光功率、切割速度和氧气压力2mm厚的不锈钢切割质量的影响。

7, 激光切割到底有多可怕

激光切割技术具有以下优点：
第一，精度高：定位精度0.05mm，重复定位精度0.02mm。
第二，切缝窄：激光束聚焦成很小的光点，使焦点处达到很高的功率密度，材料很陕加热至气化程度，蒸发形成孔洞。随着光束与材料相对线性移动，使孔洞连续形成宽度很窄的切缝。切口宽度一般为0.10-0.20ram。
第三，切割面光滑：切割面无毛刺，切口表面粗糙度一般控制在Ral2.5;A内。
第四，速度快：切割速度可达lOm/min，最大定位速度可达70m/m/n，比线切割的速度快很多。
第五，切割质量好：无接触切割，切边受热影响很小，基本没有工件热变形，完全避免材料冲剪时形成的塌边，切缝一般不需要二次加工。
第六，不损伤工件：激光切割头不会与材料表面相接触，保证不划伤工件。
第七，不受被切材料的硬度影响：激光可以对钢板、不锈钢、铝合金板、硬质合金等进行加工，不管什么样的硬度，都可以进行无变形切割。
第八，不受工件外形的影响：激光加工柔性好，可以加工任意图形，可以切割管材及其他异型材。
第九，可以对非金属进行切割加工：如塑料、木材、PVC、皮革、纺织品和有机玻璃等。
第十，节约模具投资：激光加工不需模具，没有模具消耗，无须修理模具，节约更换模具时间，从而节省了加工费用，降低了生产成本，尤其适合大件产品的加工。
十一，节省材料：采用电脑编程，可以把不同外形的产品进行整张板材料套裁，最大限度地提高材料的利用率。
十二，缩短了新产品制造周期：新产品试制，数量小，结构不确定、随时会改动‘，根本不能出模具，激光切割机大大缩短了新产品制造周期，减少了模具投入。