激光切割技术原理

激光切割技术是一种重要的材料加工方式，以下从原理、特点、分类、应用领域、发展历程等方面为你详细介绍：

原理

激光切割是利用高能量密度的激光束作为切割工具对材料进行热切割的加工方式。在激光束能量作用下，材料表面被迅速加热到几千至上万度而熔化或气化，随着气化物逸出和熔融物体被辅助高压气体吹走，达到切割材料的目的。

特点

• 优点

• 切缝窄：激光束聚焦成很小的光点，使焦点处达到很高的功率密度，材料很快加热至气化程度，蒸发形成孔洞，切口宽度一般为0.10 - 0.20mm。

• 速度快：切割速度可达10m/min，最大定位速度可达70m/min，比线切割的速度快很多。

• 切割质量好：无接触切割，切边受热影响很小，基本没有工件热变形，完全避免材料冲剪时形成的塌边，切缝一般不需要二次加工。

• 不损伤工件：激光切割头不会与材料表面相接触，保证不划伤工件。

• 不受工件外形影响：激光加工柔性好，可以加工任意图形，可以切割管材及其他异型材。

• 节约模具投资：激光加工不需模具，没有模具消耗，无须修理模具，节约更换模具时间，从而节省了加工费用，降低了生产成本，尤其适合大件产品的加工。

• 节省材料：采用电脑编程，可以把不同外形的产品进行整张板材料套裁，最大限度地提高材料的利用率。

• 缺点：受激光器功率和设备体积的限制，激光切割只能切割中、小厚度的板材和管材，而且随着工件厚度的增加，切割速度明显下降。此外，激光切割设备费用高，一次性投资大。

分类

• 激光气化切割：利用高能量密度的激光束加热工件，使温度迅速上升，在极短时间内达到材料的沸点，材料开始气化，形成蒸气。这些蒸气的喷出速度很大，在蒸气喷出的同时，在材料上形成切口。该方法多用于极薄金属材料和非金属材料的切割。

• 激光熔化切割：激光加热使金属材料熔化，然后通过与光束同轴的喷嘴吹非氧化性气体，依靠气体的强大压力使液态金属排出，形成切口。主要用于一些不易氧化的材料或活性金属的切割，如不锈钢、钛、铝及其合金等。

• 激光氧化切割：原理类似于氧 - 乙炔切割，用激光作为预热热源，用氧气等活性气体作为切割气体。喷吹出的气体与切割金属发生氧化反应，放出大量的氧化热，同时把熔融的氧化物和熔化物从反应区吹出，在金属中形成切口。主要用于碳钢、钛钢以及热处理等易氧化的金属材料。

• 激光划片与控制断裂：激光划片是利用高能量密度的激光束在脆性材料的表面进行扫描，使材料受热蒸发出一条小槽，然后施加一定的压力，脆性材料就会沿小槽处裂开。断裂控制是利用激光刻槽时所产生的陡峭的温度分布，在脆性材料中产生局部热应力，使材料沿小槽断开。

应用领域

• 汽车制造领域：可用于小汽车顶窗等空间曲线的切割，德国大众汽车公司用功率为500W的激光器切割形状复杂的车身薄板及各种曲面件。

• 航空航天领域：主要用于特种航空材料的切割，如钛合金、铝合金、镍合金、铬合金、不锈钢、氧化铍、复合材料、塑料、陶瓷及石英等。加工的零部件有发动机火焰筒、钛合金薄壁机匣、飞机框架、钛合金蒙皮、机翼长桁、尾翼壁板、直升机主旋翼、航天飞机陶瓷隔热瓦等。

• 钣金加工领域：由于加工效率高，成品切割质量高，已成为钣金加工站的标配。

• 其他领域：还可用于切割硬度高、脆性大的材料，如氮化硅、陶瓷、石英等；也能切割加工柔性材料，如布料、纸、塑料板、橡胶等，如用激光进行服装剪裁，可节约衣料10% - 12%，提高成效3倍以上。

相关文章：