激光切割技術的應用探討

李卓財 閔梁 蔣武 盧軍杰 劉功樹

摘 要：從1985年以來，中國都是以每年超過25%的速度增長。激光治療技術在中國一直沒有發展到一定的高度，主要的原因在于這項技術在運用上的“遲緩”，影響了技術在更大范圍被接受和使用。因此，在中國，激光切割技術具有很大的推廣應用潛力。激光還可以切割鋁合金和高熔點材料。然而，由于它們對CO2激光的高反射率和高熱導率，它們必須在高功率密度下切割，因此它們必須使用高功率激光.由于我們國家是激光產業基礎落后，在激光加工的整體水平和先進的國家相比還是很大的差距。激光切割技術是激光加工行業中最常用的應用之一。激光技術是近年來發展十分迅速的高新技術，具有巨大的市場潛力，是不可忽視的新興產業。本文論述了激光切割的原理，并分析了激光切割技術的應用。

關鍵詞：激光切割技術;應用;探討

引言：

激光切割也是應用最廣泛的激光加工技術之一。自從激光發明以來，它為加工金屬和非金屬材料提供了一種新的方法。占領了整個激光加工行業的70%以上。隨著新型激光的成功發展和新加工技術的普及，激光加工技術逐漸從實驗室研發走向了工業應用。未來的發展方向應以高起點為基礎，在信息系統向數控系統轉移數控代碼，用于常規設備切割、激光切割、特殊材料激光切割等領域的關鍵共性技術研發。同時，它還具有切割縫薄、熱影響區小、切割時無噪音、切割邊緣垂直度好、切割過程易于自動化控制等優點。激光切割技術已經應用于各個國家和行業，尤其是發達國家。本文主要討論激光切割技術的應用記憶。

1激光切割原理

1.1機理

激光切割是利用聚焦的高功率密度激光束照射材料表面，切割過程發生在切口末端的垂直表面上，這被稱為消融前沿。由于激光高度集中在一個小區域內，可以產生大量的熱量使材料快速熔化，熱量很難散發到材料的其他部位，從而形成變形很小的缺口。通過與光束同軸的高速氣流將熔化的材料吹走，使被照射的材料快速熔化、汽化、燒蝕或達到燃點，從而實現材料切割的熱切割方法。

1.2分類

氧氣輔助熔化切割是利用激光將工件加熱到其燃點，用氧氣或其他助燃氣體燃燒材料。輕切削大致可分為汽化切削、熔化切削、氧氣輔助熔化切削和控制斷裂切削，其中氧氣輔助熔化切削應用最為廣泛。由于熱基板的點燃，同時產生除激光能量之外的另一個熱源，其也用作切割熱源[1]。

2激光切割技術的發展現狀

激光切割是應用最廣泛的激光加工技術之一。自從激光發明以來，它為加工金屬和非金屬材料提供了一種新的方法。隨著新型激光的成功發展和新加工技術的普及，激光加工技術逐漸從實驗室研發走向工業應用。這是因為金屬表面對激光的反射率高，導熱性好。因此，用激光切割金屬所需的平均功率相對較大。數控激光切割是一種理想的切割方法，代表了現代金屬加工技術的發展方向。我國激光材料加工行業起步較晚，激光加工整體水平相對落后。同時，激光束加工作為一種非接觸工具，沒有刀具磨損，沒有顫振。然而，激光切割非金屬材料發展迅速。激光研制成功后不久，就被用于切割材料。激光切割金屬材料發展緩慢。數控激光切割設備在國內外有著極其廣闊的市場需求。近年來，由于激光輸出功率和激光使用壽命的不斷提高，這是因為非金屬材料的激光吸收率高，吸熱率低，導熱損耗低，沸點低。因此，幾乎所有入射光束能量都被吸收，材料迅速熔化蒸發。目前，該技術最廣泛使用的激光加工是表面熱處理。然而，在激光加工中占主導地位的激光切割仍處于起步階段。激光加工技術被廣泛應用于材料切割、焊接、熱處理等技術領域[2]。

3激光切割技術在工業的應用

3.1激光切割技術在金屬材料上的應用

金屬材料是工程中應用最廣泛的材料。然而，切口的嚴重氧化對切割質量有一定的影響。但其塑性差，回彈大，成型工藝難度大。實驗表明，切割厚度大于6mm的不銹鋼時，如果使用氧氣作為輔助吹氣，可以獲得更高的切割速度。金屬材料的激光切割研究是許多學者的首選。目前，該技術最廣泛使用的激光加工是表面熱處理。然而，在激光加工中占主導地位的激光切割仍然處于起步初級階段。激光切割技術最常見的應用是切割金屬板。秦合金是航空航天工業經常用到的一種金屬，它具有高強度、耐熱、耐腐蝕等特點。實驗表明，用激光切割30mm厚的蜂窩結構，切割速度達5m/min，而用鋸子切割速度僅0.1m/min。當板材厚度小于12毫米時，切割速度高于上述兩種其他切割方法。激光還可以切割鋁合金和高熔點材料。然而，由于它們對CO2激光的高反射率和高熱導率，它們必須在高功率密度下切割，因此它們必須使用高功率激光[3]。

4激光切割技術的發展趨勢

（1）三維多軸數控激光切割機，為了滿足汽車、航空等行業三維工件切割的需要，目前已經開發出各種五軸或六軸三維激光切割機。未來的發展方向應該是以高起點為基礎，在高速、高精度的信息系統中向數控系統轉移數控代碼，可用于常規設備切割、激光切割、大幅面北切、三維激光切割、特殊材料激光切割等領域的關鍵共性技術研發。我國加快對激光與3D打印技術的發展，將能大大推動著我國經濟模式的變革，從中國制造模式轉變為中國智造。在先進國家的汽車生產線上，激光切割機器人的使用越來越多。

（2）隨著可用于激光切割的激光功率的增加，激光切割正從輕工業薄板的鈑金加工發展到切割重工業厚板。高速高精度激光切割機，由于大功率激光光束模式的改進和32位微機的應用，為高速高精度激光切割設備創造了有利條件。因此，在中國，激光切割技術具有很大的推廣應用潛力。

（3）開發該機組自動化系統，必須依靠先進的自動控制、網絡控制技術和計算機輔助生產管理系統技術。為了提高生產率和節省勞動力，激光切割正在向無人化、自動化的激光切割單元發展。推動著我國經濟模式的變革，從中國制造模式轉變為中國智造。各種激光切割機組可供應國外市場，一條以6臺大型激光切割機為核心的無人切割生產線在廠內運行[4]。

結語：

總而言之，雖然激光切割技術取得了很大的進步，但是我們應該繼續探索和研究，不斷使激光切割技術朝著自動化、無人化、小型化和集成化的方向逐漸發展。我國在數控激光切割技術和設備上與國外有一定差距，但是近幾年以來發展迅速。目前，該技術最廣泛使用的激光加工是表面熱處理。然而，在激光加工中占主導地位的激光切割仍處于起步階段。激光技術不僅改變著我們的生活狀態，也促使著我們的經濟和科技水平的提高。自從激光發明以來，它為加工金屬和非金屬材料提供了一種新的方法。隨著新型激光的成功發展和新加工技術的普及，激光加工技術逐漸從實驗室研發走向工業應用。講述了激光切割的原理，并且對其分析了激光切割技術的應用。世界各國都重視著對激光技術的研究與發展應用，我國更是從政策上予以扶持，從而形成產業化，滿足日益增長的市場需求。

參考文獻：

[1]暢雪蘋，王丹丹，王謙.淺析激光切割技術的應用[J].汽車實用技術，2020，45（17）：127-129.

[2]茹麗靖.淺談激光切割技術在汽車行業中的應用[J].鍛造與沖壓，2020（06）：22-24.

[3]黃建鋒.激光切割技術在生產中的應用[J].紡織機械，2012（03）：40-41.

[4]王艷清.激光切割技術的深入研究與應用[J].四川建材，2012，38（03）：252-254.

[5]趙殿甲.激光切割技術的應用與發展[J].煤礦機械，2006（08）：5-6.