現代激光切割技術工藝研究

王繼鑫

（哈爾濱東安發動機（集團）有限公司 黑龍江哈爾濱 150066）

現代激光切割技術工藝研究

王繼鑫

（哈爾濱東安發動機（集團）有限公司 黑龍江哈爾濱 150066）

近幾年激光技術得到了快速發展，已經變成一種主流的切割技術。在工業生產中，激光切割占激光加工的70%以上，是激光加工行業中最重要的一項應用技術。隨著加工精度要求的提高以及全球范圍內原材料價格的上漲，低消耗、高效率、高精度的激光設備便成為了人們關注的焦點。

切割；激光；技術；工藝

激光切割是現代工業革命的一項高科技運用技術。它被廣泛應用于機械、汽車、航空、電器與電子等行業中。同時，也是在發達國家是一種普及率很高的工業級生產裝備，它通過電腦程序的控制，以良好的柔性加工，很大程度上取代了金屬板材加工過程中的模具沖壓環節，優化了生產工藝，在機械裝備制造領域發揮著不可替代的作用。

1 激光切割工藝有著傳統切割工藝無法比擬的優勢

（1）激光切割技術可以降低加工成本。激光切割技術廣泛應用于金屬和非金屬材料的加工中，可大大減少加工時間，降低加工成本。傳統工藝在成本上，一件成品的加工成型往往要經過剪切、沖壓、折彎、焊接等工藝，在設備的損耗上是很嚴重的，而且多種工序是需要有各位相應崗位的操作人員進行操作的，這在成本上無疑是一個很大的支出。而激光切割是應用激光聚焦后產生的高功率密度能量來實現的。在計算機的控制下，通過脈沖使激光器放電，從而輸出受控的重復高頻率的脈沖激光，形成一定頻率，一定脈寬的光束，該脈沖激光束經過光路傳導及反射并通過聚焦透鏡組聚焦在加工物體的表面上，形成一個個細微的、高能量密度光斑，以瞬間高溫熔化或氣化被加工材料。在人力物力上要節省得多。

（2）激光加工作為信息時代的新型加工工藝，在提高產品質量、提高勞動生產率、減少材料消耗等方面具有越來越重要的作用。激光切割是用聚焦鏡將激光束聚焦在材料表面使材料熔化，同時用于激光束同軸的壓縮氣體吹走被熔化的材料，并使激光束與材料沿一定軌跡作相對運動，從而形成一定形狀的切縫。激光切割機能完成各種復雜結構的加工，只要能在電腦上畫出任何圖像，該機都能完成加工。與傳統切割方式相比，激光切割機可以滿足傳統切割技術無法達到的切割效果，所以是目前市場上應用范圍最廣泛的一款切割設備。激光器的激光可以通過光纖傳輸，方便與運動平臺的連接，實現柔性加工，大大簡化了傳統激光切割機的系統設計，也提高了系統的穩定性，減少了維護量，真正適合于工業加工領域的應用。

（3）激光切割發展迅速，應用日益廣泛，是一種先進加工方法。激光切割機是一款專用于金屬非金屬行業加工設備，隨著科技的發展和技術的改進，近年來激光切割機也取得了非常大的進展，換句話來說，就是科技的發展和先進技術讓激光切割機越來越上檔次，也越來越充實了。激光切割機切割是將能量即令到微小的空間，利用這一高密度的能量進行非接觸、高速度、高精度的激光切割方法，是激光加工技術在工業生產中應用最廣的一種加工方法。隨著科技發展，現在激光切割都是通過與數控技術、計算機輔助設計與輔助制造（CAD/CAM）軟件相結合，通過預先在計算機內設計，可進行眾多復雜零件的整張板料套排切割，既節省材料，也可實現多零件同時切割以及全自動化操作，甚至可實現三維空間曲線的激光自動切割。

2 激光切割技術工藝研究

（1）激光熔化切割。激光切割加工工藝多種多樣，其中熔化切割是使入射的激光束功率密度超過某一值，從而使光束照射點處材料內部開始蒸發，形成孔洞。在激光熔化切割中，激光光束只被部分吸收。最大切割速度隨著激光功率的增加而增加，隨著板材厚度的增加和材料熔化溫度的增加而幾乎反比例地減小。在激光功率一定的情況下，限制因數就是割縫處的氣壓和材料的熱傳導率。激光熔化切割對于鐵制材料和鈦金屬可以得到無氧化切口。產生熔化但不到氣化的激光功率密度。同時，工件被局部熔化后借助氣流把熔化的材料噴射出去。因為材料的轉移只發生在其液態情況下，所以該過程被稱作激光熔化切割。

（2）激光氣化切割。激光氣化切割，即通過激光將材料汽化而達到的一種切割效果的過程，材料在激光過程中縫隙處出現汽化，此過程必須得激光有足夠強，強到可以達到材料本身的熔點才可以達成的一種切割效果。在激光切割機的氣化切割過程中，材料在割縫處發生氣化，此情況下需要非常高的激光功率。激光氣化切割加工方式不能用于，像玻璃和陶瓷等等一些非常耐高溫的產品：①由于溫度太高會被炸裂；②由于沒有熔化狀態因而不可能讓切割壁縫蒸氣再凝結。因此，為了防止材料蒸氣冷凝到割縫壁上，材料的厚度一定不要大大超過激光光束的直徑。該加工因而只適合于應用在必須避免有熔化材料排除的情況下。該加工實際上只用于鐵基合金很小的使用領域。

（3）激光焊接技術。激光焊接主要是利用利用高能量密度的激光束作為熱源的一種高效精密焊接方法，利用激光本身的高度聚焦，在短時間內形成強烈的脈沖，從而對材料進行加工和切割。激光焊接具有焊縫深寬比大、熱影響區窄、焊接速度快、焊接線能量低、焊接變形小、聚焦后的光斑直徑?。?.2～0.6mm）和能量密度高（106W/cm2）的特點。激光焊接技術是先進制造方法之一，可能取代現有的熔焊及火焰切割方法，甚至部分機加工方法。激光焊接機器人及便攜式激光焊接機是激光技術的重要方向。激光焊接作為現代科技與傳統技術的結合體，其相對于傳統焊接技術而言，尤其獨特之處并且本身的應用領域以及應用層面更加廣泛，可以極大的提升焊接的效率和精度。其功率密度高、能量釋放快，從而更好的提高了工作效率。

3 結束語

激光切割是激光加工行業中最重要的應用技術之一，是不可缺少的鈑金加工手段。因此，在實際應用中，需要我們在不斷地積累經驗，不斷地了解和實踐，讓這項新技術為我們的生產力提高發揮應有的貢獻。推動著激光切割技術不斷向前發展。

[1]畢華麗.激光切割技術中工藝技術的試驗研究[D].大連理工大學，2006.[2]彭行金，鄧琦林，余民芳.激光切割工藝參數優化數據庫系統[J].電加工與模具，2007（02）.

[3]胡興軍，劉向陽.激光切割的基本原理及新進展[J].蘇南科技開發，2004（11）.

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