1介紹

　　激光切割是將從激光器發射出的激光，經光路系統，聚焦成高功率密度的激光束。激光束照射到工件表面，使工件達到熔點或沸點，同時與光束同軸的高壓氣體將熔化或氣化金屬吹走。隨著光束與工件相對位置的移動，終使材料形成切縫，從而達到切割的目的。

　　激光切割加工是用不可見的光束代替了傳統的機械刀，具有精度高，切割快速，不局限于切割圖案限制，自動排版節省材料，切口平滑，加工成本低等特點，將逐漸改進或取代于傳統的金屬切割工藝設備。激光刀頭的機械部分與工件無接觸，在工作中不會對工件表面造成劃傷；激光切割速度快，切口光滑平整，一般無需后續加工；切割熱影響區小，板材變形小，切縫窄（0.1mm~0.3mm）；切口沒有機械應力，無剪切毛刺；加工精度高，重復性好，不損傷材料表面；數控編程，可加工任意的平面圖，可以對幅面很大的整板切割，無需開模具，經濟省時。

2原理

　　激光是一種光，與其他自然光一樣，是由原子（分子或離子等）躍遷產生的。 但它與普通光不同是激光僅在初極短的時間內依賴于自發輻射，此后的過程*由激輻射決定，因此激光具有非常純正的顏色，幾乎無發散的方向性、*的發光強度和高相干性。

　　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，焦斑位于待加工面附近，以瞬間高溫熔化或氣化被加工材料。每一個高能量的激光脈沖瞬間就把物體表面濺射出一個細小的孔，在計算機控制下，激光加工頭與被加工材料按預先繪好的圖形進行連續相對運動打點，這樣就會把物體加工成想要的形狀。

　　切縫時的工藝參數（切割速度，激光器功率，氣體壓力等）及運動軌跡均由數控系統控制，割縫處的熔渣被一定壓力的輔助氣體吹除。

3組成部分

　　激光切割機系統一般由激光發生器、（外）光束傳輸組件、工作臺（機床）、微機數控柜、冷卻器和計算機（硬件和軟件）等部分組成。

　　1）機床主機部分：激光切割機機床部分，實現X、Y、Z軸的運動的機械部分，包括切割工作平臺。用于安放被切割工件，并能按照控制程序正確而的進行移動，通常由伺服電機驅動。

　　2）激光發生器：產生激光光源的裝置。對于激光切割的用途而言，除了少數場合采用YAG固體激光器外，絕大部分采用電-光轉換效率較高并能輸出較高功率的CO2氣體激光器。由于激光切割對光束質量要求很高，所以不是所有的激光器都能用作切割的。高斯模式適用于小于1500W、低階模二氧化碳激光器100W-3000W、多模3000W以上。

　　3）外光路：折射反射鏡，用于將激光導向所需要的方向。為使光束通路不發生故障，所有反射鏡都要保護罩加以保護，并通入潔凈的正壓保護氣體以保護鏡片不受污染。一套性能良好的透鏡會將一無發散角的光束聚焦成無限小的光斑。一般用5.0英寸焦距的透鏡。7.5英寸透鏡僅用于>12mm厚材。

　　4）數控系統：控制機床實現X、Y、Z軸的運動，同時也控制激光器的輸出功率。

　　5）穩壓電源：連接在激光器，數控機床與電力供應系統之間。主要起防止外電網干擾的作用。

　　6）切割頭：主要包括腔體、聚焦透鏡座、聚焦鏡、電容式傳感器和輔助氣體噴嘴等零件。切割頭驅動裝置用于按照程序驅動切割頭沿Z軸方向運動，由伺服電機和絲桿或齒輪等傳動件組成。

　　7）操作臺：用于控制整個切割裝置的工作過程。

　　8）冷水機組：用于冷卻激光發生器。激光器是利用電能轉換成光能的裝置，如CO2氣體激光器的轉換率一般為20%，剩余的能量就變換成熱量。冷卻水把多余的熱量帶走以保持激光發生器的正常工作。冷水機組還對機床外光路反射鏡和聚焦鏡進行冷卻，以保證穩定的光束傳輸質量，并有效防止鏡片溫度過高而導致變形或炸裂。

　　9）氣瓶：包括激光切割機工作介質氣瓶和輔助氣瓶，用于補充激光震蕩的工業氣體和供給切割頭用輔助氣體。

　　10）空壓機、儲氣罐：提供和存儲壓縮空氣。

　　11）空氣冷卻干燥機、過濾器：用于向激光發生器和光束通路供給潔凈的干燥空氣，以保持通路和反射鏡的正常工作。

　　12）抽風除塵機：抽出加工時產生的煙塵和粉塵，并進行過濾處理，使廢氣排放符合環境保護標準。

　　13）排渣機：排除加工時產生的邊角余料和廢料等。

4行業運用

　　金屬激光切割機應用是非常廣泛的，囊括了很多行業，并且是很多企業必須*的設備之一，其中有廣告標牌制作（這些主要是些不銹鋼的LOGO和標識切割），鈑金加工（鈑金加工基本囊括了所有的金屬材料，這些一般主要是有折彎，打磨等，切割就是其中重要的一道工序），機箱機柜制作（這方面一般有用到碳鋼或者不銹鋼方面，也主要是折彎跟切割2個切割工藝流程），彈簧片（屬于精加工的過程了），地鐵零件呀，還有電梯外殼的制作奧，機械設備外殼啊，還有廚房廚具呀（不銹鋼居多點），其中超越激光的激光切割機設置還參與了神七神八飛船的制作，這些其實涉及到各個方面。廣泛應用于鈑金加工、廣告標牌字制作、高低壓電器柜制作、機械零件、廚具、汽車、機械、金屬工藝品、鋸片、電器零件、眼鏡行業、彈簧片、電路板、電水壺、醫療微電子、五金、刀量具等行業。

5主要工藝

1、汽化切割。

　　在激光氣化切割過程中，材料表面溫度升至沸點溫度的速度是如此之快，足以避免熱傳導造成的熔化，于是部分材料汽化成蒸汽消失，部分材料作為噴出物從切縫底部被輔助氣體流吹走。此情況下需要非常高的激光功率。

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。

　　該加工不能用于，像木材和某些陶瓷等，那些沒有熔化狀態因而不太可能讓材料蒸氣再凝結的材料。另外，這些材料通常要達到更厚的切口。在激光氣化切割中，優光束聚焦取決于材料厚度和光束質量。激光功率和氣化熱對優焦點位置只有一定的影響。在板材厚度一定的情況下，大切割速度反比于材料的氣化溫度。所需的激光功率密度要大于108W/cm2，并且取決于材料、切割深度和光束焦點位置。在板材厚度一定的情況下，假設有足夠的激光功率，大切割速度受到氣體射流速度的限制。

2、熔化切割。

　　在激光熔化切割中，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。

　　激光光束配上高純惰性切割氣體促使熔化的材料離開割縫，而氣體本身不參于切割。激光熔化切割可以得到比氣化切割更高的切割速度。氣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。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，對于鋼材料來說，在104W/cm2～105 W/cm2之間。

3、氧化熔化切割（激光火焰切割）。

　　熔化切割一般使用惰性氣體，如果代之以氧氣或其它活性氣體，材料在激光束的照射下被點燃，與氧氣發生激烈的化學反應而產生另一熱源，使材料進一步加熱，稱為氧化熔化切割。

　　由于此效應，對于相同厚度的結構鋼，采用該方法可得到的切割速率比熔化切割要高。另一方面，該方法和熔化切割相比可能切口質量更差。實際上它會生成更寬的割縫、明顯的粗糙度、增加的熱影響區和更差的邊緣質量。激光火焰切割在加工精密模型和尖角時是不好的（有燒掉尖角的危險）。可以使用脈沖模式的激光來限制熱影響，激光的功率決定切割速度。在激光功率一定的情況下，限制因數就是氧氣的供應和材料的熱傳導率。

4、控制斷裂切割。

　　對于容易受熱破壞的脆性材料，通過激光束加熱進行高速、可控的切斷，稱為控制斷裂切割。這種切割過程主要內容是：激光束加熱脆性材料小塊區域，引起該區域大的熱梯度和嚴重的機械變形，導致材料形成裂縫。只要保持均衡的加熱梯度，激光束可引導裂縫在任何需要的方向產生。