由于激光切割具有高速、高精度和高適應性等優(yōu)點(diǎn)，它被廣泛應用于汽車(chē)行業(yè)、船舶行業(yè)、航空航天、軍用設備等許多領(lǐng)域中。本文由大漢激光簡(jiǎn)單概述了激光切割技術(shù)的發(fā)展現狀，并從激光切割參數等方面探討了切割速度、離焦量、輔助氣壓、激光功率等因素對切割質(zhì)量的影響，在實(shí)際加工中有一定的指導意義。
激光技術(shù)是自20世紀60年代初問(wèn)世后便發(fā)展迅猛的一門(mén)新興科學(xué)技術(shù)。在實(shí)際生產(chǎn)中，激光切割加工是激光行業(yè)應用最為廣泛也是最重要的一項特種加工技術(shù)，占整個(gè)激光加工的70%左右。與傳統的切割方法相比，其具有許多優(yōu)點(diǎn)：
?。?）速度快，用1200W激光功率切割2mm厚的碳鋼板速度可達5～6m/min，切割5mm厚的有機玻璃速度可達12m/min；
?。?）切割質(zhì)量好，切口寬度窄（一般為0.1～0.5mm）、切口表面粗糙度良好（一般Ra為3.2～25um）；
?。?）效率高，激光切割無(wú)需刀具和模具，是非接觸加工；
?。?）柔韌好，結合CAD技術(shù)，可以切割任意形狀、尺寸的板材。激光切割過(guò)程相當復雜，某業(yè)內專(zhuān)家曾總結了近50種影響因素。在眾多影響因素中，主要為切割速度、激光功率、焦距位置和輔助氣壓。本文綜述了國內外激光切割的現狀，分析了各參數對切割質(zhì)量的影響規律。
1.激光切割技術(shù)的發(fā)展現狀
近年來(lái)，激光切割技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域發(fā)展迅速，從2011年中國國際工業(yè)博覽會(huì )（CIIF2011）之金屬加工與數控機床展覽會(huì )上看出，激光加工機床在金屬和非金屬加工中占據了相當大的比重。其中在汽車(chē)工業(yè)中的應用最具有代表性，從汽車(chē)頂棚的激光焊接、擋風(fēng)板的激光切割、底板的激光拼焊以及車(chē)身覆蓋件三維輪廓的激光切割等。激光切割加工中沒(méi)有“刀具”的磨損，工件不受切割力的影響。相對傳統方法，激光切割的切割效率可以提高8～20倍，更能夠節省15%～30%的材料。歐洲、美國、和日本等工業(yè)較發(fā)達國家的激光加工機和工業(yè)激光器的生產(chǎn)和銷(xiāo)售也在逐年遞增，應用的領(lǐng)域越來(lái)越廣泛。在全球用于激光加工領(lǐng)域的工業(yè)激光器中有超過(guò)40 %的激光器是用來(lái)作切割的。相比而言，日本在激光加工工藝等方面的研究更是走在世界的前列，在車(chē)門(mén)制造過(guò)程中使鋼板切割、焊接和壓模成形一體化，而且取得了很大的進(jìn)展。
在激光切割工藝研究方面，主要集中對激光輸出功率、焦點(diǎn)位置、激光模式以及噴嘴形狀等問(wèn)題的研究。早在20世紀70～80年代，美國、日本以及德國等國家已經(jīng)在大量切割工藝試驗的基礎上，建立激光切割工藝數據庫，在90年代初期國外就相應推出了一些高性能的激光切割系統。
國內激光切割機技術(shù)含量和質(zhì)量較高的制造商寥寥無(wú)幾，且大多停留在中低水平。目前主要集中在樣板的切割與覆蓋件的下科，在激光三維切割技術(shù)方面的研究與應用才逐漸起步。國產(chǎn)激光切割機的激光器功率較低，最大僅能達到4000W，而國際上先進(jìn)的激光器即德國通快公司制造的激光器最大功率已經(jīng)達到了20000W。同國外激光切割機相比表現為切縫寬，表面質(zhì)量、機械精度、整機的穩定性、柔性較差。因此，繼續深入研究和開(kāi)發(fā)較高質(zhì)量的國產(chǎn)激光切割機是一項非常重要和迫切的任務(wù)。
2.激光切割參數對切割質(zhì)量的影響
2.1切割速度的影響
激光切割加工中，切割速度對切割材料的質(zhì)量有相當大的影響，理想中的切割速度會(huì )使切割面呈現比較平穩的線(xiàn)條，且材料下部不會(huì )出現熔渣。當輔助氣體氣壓和激光功率一定時(shí)，切割速度與切縫寬度呈現出一種非線(xiàn)性的反比關(guān)系，當切割速度比較慢時(shí)，激光能量在切縫的作用時(shí)間延長(cháng)，從而導致切縫寬度增大，當速度過(guò)慢時(shí)，激光束作用時(shí)間太長(cháng)，工件的上切縫和下切縫相差就會(huì )很大，切割的質(zhì)量下降，生產(chǎn)效率也將大大降低。隨著(zhù)切割速度的升高，激光束能量在工件上的作用時(shí)間變短，這樣便使得熱擴散和熱傳導效應變小，從而切縫的寬度也相應變小。當速度過(guò)快時(shí)，被切割的工件材料就會(huì )由于切割熱量輸入的不足出現切不透的情況，這種現象屬于不完全切割，并且熔化的材料不能及時(shí)被吹掉，這些熔融物將會(huì )使切縫重新焊接。
2.2焦點(diǎn)位置的影響
焦點(diǎn)位置是激光焦點(diǎn)到工件表面的距離，它直接影響到切面粗糙度、切縫的坡度和寬度以及熔融殘渣的附著(zhù)狀況。如果焦點(diǎn)位置太超前，這樣會(huì )使被切割的工件下端所吸收的熱量增多，在切割速度和輔助氣壓一定的情況下，會(huì )導致被切割的材料和切縫附近被融化的材料呈液態(tài)在下表面流動(dòng)，冷卻后被熔化的材料則會(huì )呈球狀沾附在工件的下表面；若位置滯后，被切割的材料下端面所能吸收的熱量減小，這樣切縫中材料就不能完全融化，在板材下表面就會(huì )粘附一些尖銳而短小的殘渣。通常情況下，焦點(diǎn)位置應在工件表面或稍微偏下一點(diǎn)，但不同的材料要求不一樣，切割碳鋼時(shí)，焦點(diǎn)在板材表面時(shí)切割質(zhì)量較好；而不銹鋼切割時(shí)，焦點(diǎn)應在板材厚度的1/2左右時(shí)效果更佳。
2.3輔助氣壓的影響
激光切割加工中，輔助氣壓能吹掉切割時(shí)的熔渣并冷卻切割的熱影響區。輔助氣體包括氧氣、壓縮空氣、氮氣和惰性氣體等。對于部分金屬材料和非金屬材料，一般使用的是惰性氣體或壓縮空氣，能夠防止材料燃燒。如鋁合金材料的切割。對絕大多數金屬材料則使用活性氣體（如氧氣），這是由于氧氣能夠氧化金屬表面，提高切割效率。當輔助氣壓過(guò)高時(shí)，材料表面出現渦流，削弱去除熔融物的能力，導致切縫變寬，切割面粗糙；當氣壓過(guò)低時(shí)，不能完全吹走熔融物，材料下表面就會(huì )粘附沾渣。因此，切割時(shí)應調節輔助氣體壓力，得到最佳的切割質(zhì)量。
2.4激光功率的影響
激光功率的大小對切割速度、切縫寬度、切割厚度和切割質(zhì)量都有相當大的影響。所需功率的大小是根據材料的特性和切割的機理而定。比如導熱性能好和熔點(diǎn)高以及切割表面反射率高的材料需要較大的激光功率。一般在其它條件一定的情況下，激光切割加工中有一個(gè)獲得最佳切割質(zhì)量的激光功率，進(jìn)一步降低或提高功率就會(huì )產(chǎn)生掛渣或過(guò)燒現象而導致加工質(zhì)量下降。
此外，隨著(zhù)放電電壓的增加，激光的強度會(huì )因為輸入峰值功率的升高而提高，從而光斑的直徑增大，切縫的寬度相應增大；隨著(zhù)脈沖寬度的增加，激光的平均功率會(huì )提高，激光切縫的寬度加大；通常下，隨著(zhù)脈沖頻率的增大，切縫也會(huì )變寬，當頻率超過(guò)一定值后，切縫寬度會(huì )出現減小的趨勢。
3.總結
在實(shí)際生產(chǎn)中，無(wú)論是什么樣的加工方法，最終的加工質(zhì)量都會(huì )受到各種因素的影響。影響激光切割加工質(zhì)量的因素也有多種，通過(guò)對這些因素的分析，能夠有效地控制和保證激光切割加工的質(zhì)量。對制造商而言，應該考慮更多的影響因素，為制造領(lǐng)域提供更好性能的設備；對用戶(hù)來(lái)說(shuō)，在使用設備加工時(shí)，應根據零件加工的要求和材料的特性，通過(guò)理論參考和實(shí)驗的方法選擇出最佳的切割參數，以獲得更高的質(zhì)量和生產(chǎn)率。
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