現(xiàn)代激光切割技術(shù)工藝研究

王繼鑫

（哈爾濱東安發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限公司 黑龍江哈爾濱 150066）

現(xiàn)代激光切割技術(shù)工藝研究

王繼鑫

（哈爾濱東安發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限公司 黑龍江哈爾濱 150066）

近幾年激光技術(shù)得到了快速發(fā)展，已經(jīng)變成一種主流的切割技術(shù)。在工業(yè)生產(chǎn)中，激光切割占激光加工的70%以上，是激光加工行業(yè)中最重要的一項(xiàng)應(yīng)用技術(shù)。隨著加工精度要求的提高以及全球范圍內(nèi)原材料價(jià)格的上漲，低消耗、高效率、高精度的激光設(shè)備便成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn)。

切割；激光；技術(shù)；工藝

激光切割是現(xiàn)代工業(yè)革命的一項(xiàng)高科技運(yùn)用技術(shù)。它被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、汽車、航空、電器與電子等行業(yè)中。同時(shí)，也是在發(fā)達(dá)國(guó)家是一種普及率很高的工業(yè)級(jí)生產(chǎn)裝備，它通過電腦程序的控制，以良好的柔性加工，很大程度上取代了金屬板材加工過程中的模具沖壓環(huán)節(jié)，優(yōu)化了生產(chǎn)工藝，在機(jī)械裝備制造領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用。

1 激光切割工藝有著傳統(tǒng)切割工藝無法比擬的優(yōu)勢(shì)

（1）激光切割技術(shù)可以降低加工成本。激光切割技術(shù)廣泛應(yīng)用于金屬和非金屬材料的加工中，可大大減少加工時(shí)間，降低加工成本。傳統(tǒng)工藝在成本上，一件成品的加工成型往往要經(jīng)過剪切、沖壓、折彎、焊接等工藝，在設(shè)備的損耗上是很嚴(yán)重的，而且多種工序是需要有各位相應(yīng)崗位的操作人員進(jìn)行操作的，這在成本上無疑是一個(gè)很大的支出。而激光切割是應(yīng)用激光聚焦后產(chǎn)生的高功率密度能量來實(shí)現(xiàn)的。在計(jì)算機(jī)的控制下，通過脈沖使激光器放電，從而輸出受控的重復(fù)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(jīng)過光路傳導(dǎo)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(gè)個(gè)細(xì)微的、高能量密度光斑，以瞬間高溫熔化或氣化被加工材料。在人力物力上要節(jié)省得多。

（2）激光加工作為信息時(shí)代的新型加工工藝，在提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、減少材料消耗等方面具有越來越重要的作用。激光切割是用聚焦鏡將激光束聚焦在材料表面使材料熔化，同時(shí)用于激光束同軸的壓縮氣體吹走被熔化的材料，并使激光束與材料沿一定軌跡作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而形成一定形狀的切縫。激光切割機(jī)能完成各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的加工，只要能在電腦上畫出任何圖像，該機(jī)都能完成加工。與傳統(tǒng)切割方式相比，激光切割機(jī)可以滿足傳統(tǒng)切割技術(shù)無法達(dá)到的切割效果，所以是目前市場(chǎng)上應(yīng)用范圍最廣泛的一款切割設(shè)備。激光器的激光可以通過光纖傳輸，方便與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的連接，實(shí)現(xiàn)柔性加工，大大簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)激光切割機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，也提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少了維護(hù)量，真正適合于工業(yè)加工領(lǐng)域的應(yīng)用。

（3）激光切割發(fā)展迅速，應(yīng)用日益廣泛，是一種先進(jìn)加工方法。激光切割機(jī)是一款專用于金屬非金屬行業(yè)加工設(shè)備，隨著科技的發(fā)展和技術(shù)的改進(jìn)，近年來激光切割機(jī)也取得了非常大的進(jìn)展，換句話來說，就是科技的發(fā)展和先進(jìn)技術(shù)讓激光切割機(jī)越來越上檔次，也越來越充實(shí)了。激光切割機(jī)切割是將能量即令到微小的空間，利用這一高密度的能量進(jìn)行非接觸、高速度、高精度的激光切割方法，是激光加工技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最廣的一種加工方法。隨著科技發(fā)展，現(xiàn)在激光切割都是通過與數(shù)控技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與輔助制造（CAD/CAM）軟件相結(jié)合，通過預(yù)先在計(jì)算機(jī)內(nèi)設(shè)計(jì)，可進(jìn)行眾多復(fù)雜零件的整張板料套排切割，既節(jié)省材料，也可實(shí)現(xiàn)多零件同時(shí)切割以及全自動(dòng)化操作，甚至可實(shí)現(xiàn)三維空間曲線的激光自動(dòng)切割。

2 激光切割技術(shù)工藝研究

（1）激光熔化切割。激光切割加工工藝多種多樣，其中熔化切割是使入射的激光束功率密度超過某一值，從而使光束照射點(diǎn)處材料內(nèi)部開始蒸發(fā)，形成孔洞。在激光熔化切割中，激光光束只被部分吸收。最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(shù)就是割縫處的氣壓和材料的熱傳導(dǎo)率。激光熔化切割對(duì)于鐵制材料和鈦金屬可以得到無氧化切口。產(chǎn)生熔化但不到氣化的激光功率密度。同時(shí)，工件被局部熔化后借助氣流把熔化的材料噴射出去。因?yàn)椴牧系霓D(zhuǎn)移只發(fā)生在其液態(tài)情況下，所以該過程被稱作激光熔化切割。

（2）激光氣化切割。激光氣化切割，即通過激光將材料汽化而達(dá)到的一種切割效果的過程，材料在激光過程中縫隙處出現(xiàn)汽化，此過程必須得激光有足夠強(qiáng)，強(qiáng)到可以達(dá)到材料本身的熔點(diǎn)才可以達(dá)成的一種切割效果。在激光切割機(jī)的氣化切割過程中，材料在割縫處發(fā)生氣化，此情況下需要非常高的激光功率。激光氣化切割加工方式不能用于，像玻璃和陶瓷等等一些非常耐高溫的產(chǎn)品：①由于溫度太高會(huì)被炸裂；②由于沒有熔化狀態(tài)因而不可能讓切割壁縫蒸氣再凝結(jié)。因此，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(yīng)用在必須避免有熔化材料排除的情況下。該加工實(shí)際上只用于鐵基合金很小的使用領(lǐng)域。

（3）激光焊接技術(shù)。激光焊接主要是利用利用高能量密度的激光束作為熱源的一種高效精密焊接方法，利用激光本身的高度聚焦，在短時(shí)間內(nèi)形成強(qiáng)烈的脈沖，從而對(duì)材料進(jìn)行加工和切割。激光焊接具有焊縫深寬比大、熱影響區(qū)窄、焊接速度快、焊接線能量低、焊接變形小、聚焦后的光斑直徑?。?.2～0.6mm）和能量密度高（106W/cm2）的特點(diǎn)。激光焊接技術(shù)是先進(jìn)制造方法之一，可能取代現(xiàn)有的熔焊及火焰切割方法，甚至部分機(jī)加工方法。激光焊接機(jī)器人及便攜式激光焊接機(jī)是激光技術(shù)的重要方向。激光焊接作為現(xiàn)代科技與傳統(tǒng)技術(shù)的結(jié)合體，其相對(duì)于傳統(tǒng)焊接技術(shù)而言，尤其獨(dú)特之處并且本身的應(yīng)用領(lǐng)域以及應(yīng)用層面更加廣泛，可以極大的提升焊接的效率和精度。其功率密度高、能量釋放快，從而更好的提高了工作效率。

3 結(jié)束語

激光切割是激光加工行業(yè)中最重要的應(yīng)用技術(shù)之一，是不可缺少的鈑金加工手段。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，需要我們?cè)诓粩嗟胤e累經(jīng)驗(yàn)，不斷地了解和實(shí)踐，讓這項(xiàng)新技術(shù)為我們的生產(chǎn)力提高發(fā)揮應(yīng)有的貢獻(xiàn)。推動(dòng)著激光切割技術(shù)不斷向前發(fā)展。

[1]畢華麗.激光切割技術(shù)中工藝技術(shù)的試驗(yàn)研究[D].大連理工大學(xué)，2006.[2]彭行金，鄧琦林，余民芳.激光切割工藝參數(shù)優(yōu)化數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)[J].電加工與模具，2007（02）.

[3]胡興軍，劉向陽.激光切割的基本原理及新進(jìn)展[J].蘇南科技開發(fā)，2004（11）.

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