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早(zao)在上世紀 70 年(nian)代，激光(guang)就(jiu)被首次用于切(qie)割(ge)。在現代工業生產(chan)中，激光(guang)切(qie)割(ge)更被廣泛應用于鈑(ban)金，塑料(liao)、玻(bo)璃、陶瓷、半導體以及紡織品、木材和紙質等材料(liao)加工。

未來(lai)幾年里，激光切割在精(jing)密加工(gong)和微加工(gong)領域的應用同樣會獲得實質的增長

激光切割

當(dang)聚焦(jiao)的激(ji)光束(shu)照(zhao)到工件上時，照(zhao)射(she)區域(yu)會(hui)急劇升溫(wen)以使材料熔(rong)化或者(zhe)氣化。一(yi)(yi)旦激(ji)光束(shu)穿透工件，切割(ge)過程就開(kai)始(shi)了：激(ji)光束(shu)沿著(zhu)輪廓(kuo)線移動，同時將(jiang)材料熔(rong)化。通常會(hui)用一(yi)(yi)股噴(pen)射(she)氣流將(jiang)熔(rong)融物從切口吹(chui)走，在切割(ge)部分和板架間留下一(yi)(yi)條窄縫，窄縫幾乎(hu)與聚焦(jiao)的激(ji)光束(shu)等寬。

火焰切割

火焰切(qie)割(ge)是切(qie)割(ge)低(di)碳鋼時采用的一種(zhong)標準(zhun)工藝，采用氧(yang)氣(qi)(qi)作為切(qie)割(ge)氣(qi)(qi)體。氧(yang)氣(qi)(qi)加壓到高(gao)達 6 bar 后吹進切(qie)口。在那里，被(bei)加熱的金屬與氧(yang)氣(qi)(qi)發生反應(ying)：開始燃燒和(he)氧(yang)化。化學(xue)反應(ying)釋放大量的能量（達到激(ji)光(guang)(guang)能量的五倍）輔(fu)助激(ji)光(guang)(guang)束(shu)進行切(qie)割(ge)。

熔化切割

熔化(hua)切(qie)割(ge)是切(qie)割(ge)金(jin)屬時使用(yong)的另(ling)一(yi)種標準工(gong)藝。也(ye)可(ke)以用(yong)于切(qie)割(ge)其他可(ke)熔材(cai)料，例如陶瓷。

采用氮氣(qi)(qi)(qi)(qi)或者氬氣(qi)(qi)(qi)(qi)作為切(qie)割氣(qi)(qi)(qi)(qi)，氣(qi)(qi)(qi)(qi)壓 2-20 bar 的氣(qi)(qi)(qi)(qi)體吹過切(qie)口。氬氣(qi)(qi)(qi)(qi)和氮氣(qi)(qi)(qi)(qi)是惰性氣(qi)(qi)(qi)(qi)體，這意味(wei)著它(ta)們不和切(qie)口中的熔(rong)化(hua)(hua)金屬發生反應，僅僅將它(ta)們向底部(bu)吹走。同時(shi)，惰性氣(qi)(qi)(qi)(qi)體可以保護切(qie)割邊(bian)緣不被空氣(qi)(qi)(qi)(qi)氧化(hua)(hua)。

壓(ya)縮(suo)空氣切割

壓縮空氣(qi)同樣(yang)可(ke)以用來切(qie)割薄板。空氣(qi)加壓到 5-6 bar 就足以吹走切(qie)口中的熔融金屬(shu)。由于(yu)空氣(qi)中接近 80% 都是氮氣(qi)，因此(ci)壓縮空氣(qi)切(qie)割基本(ben)上屬(shu)于(yu)熔化切(qie)割。

等離子體輔助(zhu)切割

如果參數選擇(ze)恰當，等(deng)離(li)子(zi)體(ti)輔助(zhu)熔化(hua)切割切口中(zhong)會(hui)出現等(deng)離(li)子(zi)體(ti)云(yun)。等(deng)離(li)子(zi)體(ti)云(yun)由電離(li)的金屬(shu)蒸氣(qi)和電離(li)的切割氣(qi)組成。等(deng)離(li)子(zi)體(ti)云(yun)吸收 CO2 激光(guang)的(de)能(neng)量(liang)并(bing)轉化進工(gong)件，使更多的(de)能(neng)量(liang)耦(ou)合(he)到工(gong)件，材料會更快熔化，從而使切割速度更快。因此，這種(zhong)切割過程也叫高(gao)速等離子(zi)體切割。

等離子(zi)體(ti)(ti)云(yun)事實上相(xiang)對(dui)于(yu)固(gu)體(ti)(ti)激光(guang)是透明(ming)的，因此等離子(zi)體(ti)(ti)輔助熔化切割只(zhi)能(neng)使用 CO2激光(guang)。

氣化切割(ge)

氣(qi)化(hua)切割(ge)將材料(liao)蒸發，盡(jin)可能減小了(le)對周圍材料(liao)的熱效(xiao)應影響(xiang)。采用連續 CO2 激光加工蒸發低熱量、高吸(xi)收的材料(liao)就可以達到上述效(xiao)果，例如(ru)薄的塑(su)料(liao)薄膜(mo)以及木材、紙(zhi)、泡沫等不(bu)熔化(hua)的材料(liao)。

超短脈沖激光(guang)使(shi)這項技(ji)術可以(yi)應用(yong)于其他(ta)材(cai)料(liao)。金(jin)屬中(zhong)的(de)自由電子(zi)(zi)吸收激光(guang)并劇(ju)烈升(sheng)溫(wen)。激光(guang)脈沖不與(yu)熔融的(de)粒子(zi)(zi)和等離子(zi)(zi)體反應，材(cai)料(liao)直接升(sheng)華，沒有時間將能量(liang)以(yi)熱(re)量(liang)的(de)形式傳給周圍材(cai)料(liao)。皮秒脈沖燒蝕(shi)材(cai)料(liao)時沒有明顯(xian)的(de)熱(re)效應，沒有熔化和毛刺形成。

參數：調整(zheng)加工過(guo)程

許多參數影響激光切割過程，其中一些取決于激光器(qi)和機床的技術(shu)性能，而另一些是變化(hua)的。

偏振(zhen)度(du)表明多少百分比的(de)激(ji)光(guang)被轉換(huan)。典型(xing)的(de)偏振(zhen)度(du)一般在 90% 左右(you)。這(zhe)對(dui)于(yu)高質量的(de)切(qie)割已經足夠了。

焦點直徑(jing)(jing)影響切(qie)口寬度，可以通過改(gai)變(bian)聚焦鏡(jing)的(de)焦距改(gai)變(bian)焦點直徑(jing)(jing)。更小的(de)焦點直徑(jing)(jing)意味著更窄的(de)切(qie)口。

焦點位置決定(ding)了工件表面上的光束直(zhi)徑和功(gong)率密度以及切口的形狀。

激光功率應和(he)加工(gong)類型、材料種類和(he)厚度(du)相匹配(pei)。功率必須足夠高以至于工(gong)件上的功率密(mi)度(du)超出加工(gong)閾值。

連續模式(shi)主要用于(yu)切(qie)割毫(hao)米(mi)到(dao)厘米(mi)尺寸的(de)金屬和(he)塑料(liao)的(de)標準(zhun)輪(lun)廓(kuo)(kuo)。而為了熔化(hua)穿孔或者產生精密的(de)輪(lun)廓(kuo)(kuo)，則采用低頻的(de)脈沖激光。

激光功率和切割速度(du)必須互相匹配。太(tai)快或者太(tai)慢的切割速度(du)都(dou)會導致粗糙度(du)的增加(jia)和毛刺的形成(cheng)。

噴(pen)嘴(zui)的(de)(de)直徑(jing)決定(ding)了(le)從(cong)噴(pen)嘴(zui)中噴(pen)出的(de)(de)氣體流量(liang)和氣流形狀。材料越(yue)厚，氣體噴(pen)流的(de)(de)直徑(jing)也要越(yue)大，相應地，噴(pen)嘴(zui)口(kou)的(de)(de)直徑(jing)也要增大。

氧氣和氮氣經常(chang)用作切割氣體。氣體的(de)純度和氣壓影響(xiang)切割效(xiao)果。

采用(yong)氧氣火焰切割(ge)時(shi)，氣體純(chun)度需(xu)達到 99.95 %。鋼板越厚，采用(yong)的(de)氣體氣壓(ya)越低(di)。

采用氮(dan)氣熔化切割(ge)時(shi)，氣體純度需要達到 99.995 %（理想情(qing)況是 99.999 %），熔化切割(ge)厚鋼板時(shi)需要更高(gao)的氣壓。

在激光切(qie)(qie)割早期，使用(yong)者(zhe)必須通過試運轉自(zi)行決定(ding)加工參數的(de)設(she)置。現在，成熟(shu)的(de)加工參數被(bei)存儲在切(qie)(qie)割系統(tong)的(de)控制(zhi)裝置中。對(dui)于每一種材(cai)料類型(xing)和厚度，都有對(dui)應的(de)數據。技術參數表(biao)使得即使不熟(shu)悉(xi)這種技術的(de)人也能(neng)順利操作激光切(qie)(qie)割設(she)備。

有許(xu)多判定(ding)激光(guang)切(qie)(qie)割(ge)邊緣質量(liang)的標(biao)準。像毛刺(ci)形式、凹陷、紋路等標(biao)準可以用(yong)肉(rou)眼判定(ding)；垂直度、粗糙度和切(qie)(qie)口寬度等則需(xu)要(yao)采用(yong)專用(yong)儀器來測量(liang)。材料沉積，腐蝕(shi)，熱影響區域和變形也是衡量(liang)激光(guang)切(qie)(qie)割(ge)質量(liang)的重要(yao)因素。