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早在(zai)上(shang)世紀 70 年(nian)代，激(ji)(ji)光(guang)就(jiu)被(bei)首次用于切割(ge)。在(zai)現代工業(ye)生產中(zhong)，激(ji)(ji)光(guang)切割(ge)更被(bei)廣(guang)泛應用于鈑金，塑料、玻璃(li)、陶瓷、半(ban)導體以及紡織品、木材(cai)和紙質等材(cai)料加(jia)工。

未來幾年里，激光切割在精密加工和微加工領域的應用同樣會獲(huo)得(de)實質的增長

激(ji)光切割

當(dang)聚(ju)焦的(de)激光束(shu)(shu)照到(dao)工(gong)件上(shang)時(shi)(shi)，照射區域會急劇升溫以使材料(liao)(liao)熔(rong)化或(huo)者(zhe)氣化。一旦(dan)激光束(shu)(shu)穿透工(gong)件，切割過(guo)程就開(kai)始了：激光束(shu)(shu)沿著輪廓線移動，同時(shi)(shi)將材料(liao)(liao)熔(rong)化。通常會用一股噴(pen)射氣流將熔(rong)融物從切口吹走，在切割部(bu)分(fen)和板架間(jian)留下(xia)一條窄縫，窄縫幾(ji)乎(hu)與聚(ju)焦的(de)激光束(shu)(shu)等寬。

火焰切割

火焰切割是(shi)切割低碳鋼(gang)時采(cai)用(yong)的(de)(de)一(yi)種標準工藝，采(cai)用(yong)氧氣作為切割氣體。氧氣加壓到高達 6 bar 后吹進(jin)切口。在那(nei)里，被加熱的(de)(de)金屬與氧氣發生反(fan)應(ying)：開(kai)始燃(ran)燒和氧化(hua)。化(hua)學反(fan)應(ying)釋(shi)放大(da)量(liang)的(de)(de)能量(liang)（達到激光能量(liang)的(de)(de)五倍）輔(fu)助激光束進(jin)行切割。

熔化切割

熔化切割是切割金屬時使用的另一種標準工藝。也可以用于切割其(qi)他可熔材(cai)料，例(li)如陶(tao)瓷。

采用氮氣(qi)(qi)(qi)(qi)或(huo)者氬氣(qi)(qi)(qi)(qi)作(zuo)為切(qie)(qie)割氣(qi)(qi)(qi)(qi)，氣(qi)(qi)(qi)(qi)壓 2-20 bar 的氣(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)吹過切(qie)(qie)口。氬氣(qi)(qi)(qi)(qi)和氮氣(qi)(qi)(qi)(qi)是惰性氣(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)，這意味著它們不和切(qie)(qie)口中的熔化(hua)金屬發生(sheng)反(fan)應，僅(jin)僅(jin)將它們向底部吹走。同(tong)時(shi)，惰性氣(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)可以保(bao)護(hu)切(qie)(qie)割邊緣不被空氣(qi)(qi)(qi)(qi)氧化(hua)。

壓縮空氣切割

壓(ya)縮空(kong)(kong)(kong)氣(qi)(qi)同樣(yang)可以用來切(qie)(qie)割薄板(ban)。空(kong)(kong)(kong)氣(qi)(qi)加壓(ya)到 5-6 bar 就足(zu)以吹走切(qie)(qie)口中的熔融金屬(shu)。由(you)于空(kong)(kong)(kong)氣(qi)(qi)中接(jie)近 80% 都(dou)是氮氣(qi)(qi)，因此壓(ya)縮空(kong)(kong)(kong)氣(qi)(qi)切(qie)(qie)割基本(ben)上屬(shu)于熔化切(qie)(qie)割。

等離子體輔(fu)助切(qie)割(ge)

如(ru)果參(can)數選擇恰當，等(deng)(deng)離(li)子體輔助熔化切(qie)割切(qie)口中(zhong)會出現等(deng)(deng)離(li)子體云。等(deng)(deng)離(li)子體云由(you)電離(li)的金屬蒸(zheng)氣和電離(li)的切(qie)割氣組(zu)成(cheng)。等(deng)(deng)離(li)子體云吸(xi)收 CO2 激光的(de)能(neng)量(liang)并轉化(hua)進工件(jian)，使更(geng)多的(de)能(neng)量(liang)耦合到工件(jian)，材料會更(geng)快(kuai)熔(rong)化(hua)，從(cong)而使切割(ge)速(su)度更(geng)快(kuai)。因此(ci)，這種切割(ge)過程也叫高速(su)等離(li)子(zi)體(ti)切割(ge)。

等離子體云事實上相(xiang)對于(yu)固體激光是透明的，因此等離子體輔(fu)助熔化切割只能使用(yong) CO2激光。

氣化切割

氣化切割將材(cai)料(liao)蒸(zheng)發(fa)，盡可能減(jian)小了對周圍材(cai)料(liao)的熱(re)效應(ying)影響。采用連續 CO2 激光加工蒸(zheng)發(fa)低熱(re)量、高吸(xi)收的材(cai)料(liao)就可以達到上述效果，例如薄(bo)的塑料(liao)薄(bo)膜(mo)以及木(mu)材(cai)、紙、泡沫等不(bu)熔化的材(cai)料(liao)。

超(chao)短脈(mo)沖激光(guang)使這(zhe)項技術可(ke)以應用于(yu)其(qi)他(ta)材(cai)料(liao)(liao)。金屬(shu)中的(de)自(zi)由電子吸收激光(guang)并劇烈(lie)升(sheng)溫(wen)。激光(guang)脈(mo)沖不與熔融的(de)粒子和等(deng)離(li)子體反(fan)應，材(cai)料(liao)(liao)直接(jie)升(sheng)華，沒(mei)有(you)(you)時間將能量(liang)以熱量(liang)的(de)形式傳給周圍(wei)材(cai)料(liao)(liao)。皮秒脈(mo)沖燒蝕材(cai)料(liao)(liao)時沒(mei)有(you)(you)明顯的(de)熱效應，沒(mei)有(you)(you)熔化和毛刺形成。

參(can)數：調整加工過程

許多參數(shu)影響激(ji)光切割過程(cheng)，其中一些取決于(yu)激(ji)光器和(he)機床的(de)技(ji)術性能，而另一些是變化的(de)。

偏振度(du)表(biao)明(ming)多少(shao)百分比的激光被(bei)轉換。典型的偏振度(du)一般在(zai) 90% 左(zuo)右。這對(dui)于(yu)高質量的切割已(yi)經足夠(gou)了(le)。

焦點直(zhi)徑(jing)影(ying)響(xiang)切(qie)口(kou)寬度，可以通過改變聚焦鏡的焦距改變焦點直(zhi)徑(jing)。更小(xiao)的焦點直(zhi)徑(jing)意味著更窄的切(qie)口(kou)。

焦點位置決定了工件(jian)表面上的光(guang)束直徑(jing)和功率密度以及切口的形狀。

激(ji)光功(gong)率應和加(jia)工(gong)(gong)類(lei)(lei)型、材(cai)料種類(lei)(lei)和厚度(du)相(xiang)匹配(pei)。功(gong)率必須足夠高以至于工(gong)(gong)件上的功(gong)率密度(du)超出(chu)加(jia)工(gong)(gong)閾值。

連續模(mo)式(shi)主要用于切(qie)割毫米到(dao)厘米尺寸的(de)金屬(shu)和塑(su)料的(de)標準輪廓(kuo)。而(er)為了熔化穿(chuan)孔或者產(chan)生精(jing)密的(de)輪廓(kuo)，則(ze)采用低頻的(de)脈沖激(ji)光。

激光功率和切割(ge)(ge)速度必須互相(xiang)匹配(pei)。太快或者太慢的切割(ge)(ge)速度都會導致粗糙度的增加和毛刺的形成。

噴(pen)(pen)嘴(zui)(zui)的直徑決定了(le)從噴(pen)(pen)嘴(zui)(zui)中噴(pen)(pen)出的氣體流(liu)量和(he)氣流(liu)形狀。材料越厚，氣體噴(pen)(pen)流(liu)的直徑也要越大(da)，相應地(di)，噴(pen)(pen)嘴(zui)(zui)口的直徑也要增大(da)。

氧氣(qi)(qi)和氮氣(qi)(qi)經常(chang)用作切割(ge)氣(qi)(qi)體。氣(qi)(qi)體的純度(du)和氣(qi)(qi)壓影(ying)響切割(ge)效果(guo)。

采(cai)用氧(yang)氣火(huo)焰切割時，氣體純度(du)需達到 99.95 %。鋼板越厚，采(cai)用的氣體氣壓越低。

采用氮(dan)氣熔化切割(ge)時，氣體(ti)純度需要(yao)(yao)達到 99.995 %（理想情況是(shi) 99.999 %），熔化切割(ge)厚(hou)鋼板時需要(yao)(yao)更高的氣壓。

在激(ji)光切(qie)割(ge)(ge)早期(qi)，使用者必須通過試運轉自行決定加(jia)工參數(shu)的(de)設置。現(xian)在，成熟(shu)的(de)加(jia)工參數(shu)被存儲在切(qie)割(ge)(ge)系(xi)統(tong)的(de)控制裝置中(zhong)。對(dui)于每一種材(cai)料類型和厚度，都(dou)有對(dui)應(ying)的(de)數(shu)據。技(ji)術(shu)參數(shu)表使得即使不熟(shu)悉這(zhe)種技(ji)術(shu)的(de)人也能順利操作激(ji)光切(qie)割(ge)(ge)設備(bei)。

有許多(duo)判定(ding)激光(guang)切(qie)割邊緣質(zhi)量(liang)的標準(zhun)。像毛刺形(xing)式、凹陷、紋路等(deng)標準(zhun)可以用(yong)(yong)肉(rou)眼判定(ding)；垂直度、粗(cu)糙(cao)度和切(qie)口寬度等(deng)則需(xu)要采用(yong)(yong)專用(yong)(yong)儀器來測量(liang)。材料沉積，腐蝕(shi)，熱影響區域和變形(xing)也(ye)是衡(heng)量(liang)激光(guang)切(qie)割質(zhi)量(liang)的重要因素。