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激光切割的應用
閱讀：704 發布時間：2010-6-17一、激光切割的主要特性
1、激光切割的切縫窄，工件變形小。
激光束聚焦成很小的光點，使焦點處達到很高的功率密度。這時光束輸入的熱量遠遠超過被材料反射、傳導或擴散的部分，材料很快加熱至汽化程度，蒸發形成孔洞。隨著光束與材料相對線性移動，使孔洞連續形成寬度很窄的切縫。切邊受熱影響很小，基本沒有工件變形。
切割過程中還添加與被切材料相適合的輔助汽體。鋼切割時利用氧作為輔助汽體與熔融金屬產生放熱化學反應氧化材料，同時幫助吹走割縫內的熔渣。切割聚丙烯一類塑料使用壓縮空氣，棉、紙等易燃材料切割使用惰性汽體。進入噴嘴的輔助汽體還能冷卻聚焦透鏡，防止煙塵進入透鏡座內污染鏡片并導致鏡片過熱。
大多數有機與無機材料都可以用激光切割。在工業制造系統占有份量很重的金屬加工業，許多金屬材料，不管它是什么樣的硬度，都可以進行無變形切割。當然，對高反射率材料，如金、銀、銅和鋁合金，它們也是好的傳熱導體，因此激光切割很困難，甚至不能切割。
激光切割無毛刺、皺折、精度高，優于等離子切割。對許多機電制造行業來說，由于微機程序控制的現代激光切割系統能方便切割不同形狀與尺寸的工件，它往往比沖切、模壓工藝更被優先選用；盡管它加工速度還慢于模沖，但它沒有模具消耗，無須修理模具，還節約更換模具時間，從而節省了加工費用，降低了生產成本，所以從總體上考慮是更合算的。
2、激光切割是一種高能量、密度可控性好的無接觸加工。
激光束聚焦后形成具有*能量的很小作用點，把它應用于切割有許多特點。首先，激光光能轉換成驚人的熱能保持在極小的區域內，可提供（1）狹的直邊割縫；（2）zui小的鄰近切邊的熱影響區；（3）極小的局部變形。其次，激光束對工件不施加任何力，它是無接觸切割工具，這就意味著（1）工件無機械變形；（2）無刀具磨損，也談不上刀具的轉換問題；（3）切割材料無須考慮它的硬度，也即激光切割能力不受被切材料的硬度影響，任何硬度的材料都可以切割。再次，激光束可控性強，并有高的適應性和柔性，因而（1）與自動化設備相結合很方便，容易實現切割過程自動化；（2）由于不存在對切割工件的限制，激光束具有無限的仿形切割能力；（3）與計算機結合，可整張板排料，節省材料。
3、激光切割具有廣泛的適應性和靈活性。
與其它常規加工方法相比，激光切割具有更大的適應性。
首先，與其他熱切割方法相比，同樣作為熱切割過程，別的方法不能象激光束那樣作用于一個極小的區域，結果導致切口寬、熱影響區大和明顯的工件變形。激光能切割非金屬，而其它熱切割方法則不能。
二、激光切割的主要工藝
1、汽化切割。
在高功率密度激光束的加熱下，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。
2、熔化切割。
當入射的激光束功率密度超過某一值后，光束照射點處材料內部開媽蒸發，形成孔洞。一旦這種小孔形成，它將作為黑體吸收所有的入射光束能量。小孔被熔化金屬壁所包圍，然后，與光束同軸的輔助氣流把孔洞周圍的熔融材料帶走。隨著工件移動，小孔按切割方向同步橫移形成一條切縫。激光束繼續沿著這條縫的前沿照射，熔化材料持續或脈動地從縫內被吹走。
3、氧化熔化切割。
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，稱為氧化熔化切割。
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。
三、常用工程材料的激光切割
1、金屬材料的激光切割。
雖然幾乎所有的金屬材料在室溫對紅外波能量有很高的反射率，但發射處于遠紅外波段10.6um光束的CO2激光器還是成功的應用于許多金屬的激光切割實踐。金屬對10.6um激光束的起始吸收率只有0.5%~10%，但是，當具有功率密度超過106w/cm2的聚焦激光束照射到金屬表面時，卻能在微秒級的時間內很快使表面開始熔化。處于熔融態的大多數金屬的吸收率急劇上升，一般可提高60%~80%。
2、非金屬材料的激光切割。
10.6um波長的CO2激光束很容易被非金屬材料吸收，導熱性不好和低的蒸發溫度又使吸收的光束幾乎整個輸入材料內部，并在光斑照射處瞬間汽化，形成起始孔洞，進入切割過程的良性循環。