激光切割工艺详解

激 光 切 割 工 艺 参 数 表速度(mm/min)功率(W)气压(Kpa)时间(s)功率(W)频率(Hz)占空比(%)气压(Kpa)高度模式备注17000150015002000100181000235001900800.12000200208003300016009012000200201001427001500900.752000200201001520001800802.52000200201001.5620002000100520002002010028120020009032500100209021011002000905250014025903爆+12100022001006250010030803爆+14爆+166002700120152900100359032060032001102030006014803爆+脉

速度(mm/min)功率(W)气压(Kpa)时间(s)功率(W)频率(Hz)占空比(%)气压(Kpa)高度模式备注0.538001800N2-H0.11400200350N2125002500N2-H0.52900200150.5N2218002800N2-H11400100801501O2425003200N2-H12000200801001.5O2515003200N2-H12000200801002O2610003500N2-H12000200801202O28N2-H1.52200200801203O2104002900N2-H23200150401205O2板厚(mm)切割数据透 镜、喷 嘴、焦 点

7.5双1.5f=-17.5双1.5f=-17.5双1.5f=-17.5双1.5f=-17.5双1.5f=-17.5双1.5f=-17.5双1.5f=-1

7.5单2.0f=-37.5单2.0f=-4

7.5单2.0f=-57.5单2.0f=-17.5双1.5f=-17.5单2.0f=-27.5单2.0f=-31-20mm厚碳钢板激光切割工艺参数表（参考）

工业技术　２０１３年第４期ｌ科技创新与应用　激光切割不锈钢工艺浅析　王雷　（哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨１５００４０）　摘要：激光切割不锈钢技术就是利用激光束照射到铜板表面上很小的区域范围，激光束能量高度集中对不锈钢板局部迅速加　热，不锈铜蒸发，从而实现对不锈钢的切割。激光切割技术切割速度快、质量好等优点，广泛应用于各个材料领域。　关键词：激光切割；不锈铜板；工艺　１激光切割不锈钢工艺特点　激光切割不锈钢技术具有很多优点。激光切割不锈钢有多种方　法，可以在二氧化碳激光中在切割断面加氧气，也可以加氮气。其　中，加氧气切割，会在切割面形成氧化膜；加氮气切割边缘没有氧化　膜和毛刺，不需要作进一步处理。对于切割不锈钢薄板，通常为４ｍｍ　以下的不锈钢，激光切割是一个非常有效的加工工具，能够保证不　锈钢薄板良好的耐腐蚀性。相对较厚的板也可以用激光切割，但切　割部件的尺寸误差也增大了。　１．１激光切割的切缝窄、加工精度高，工件变形小　激光切割原理和过程是：激光源一般用二氧化碳激光束，激光　束聚集在很小的区域范围，聚焦焦点升温快，能量高度集中，局部形　成的热量仅有少量热传到钢材的其它部分，但是热量传导的部分远　远小于激光束输入的热量。不锈钢材料迅速加热汽化，进而蒸发形　成空洞，激光束移动，使孔洞连续形成宽度很窄的切缝，从而完成切　割。由于不锈钢板局部升温快，热量被传导的少，切边受热影响很　小，因此切口宽度窄，一般只有０．１—０．５ｍｍ，工件基本不变形。　不锈钢切割加氧气可以对较厚的不锈钢板进行切割，切割最大　厚度为２０ｍｍ。氧作为辅助汽体与熔融金属发生化学反应，该化学反　应放热，产生氧化材料，同时化学反应产生的气流能帮助吹走割缝　内的熔渣，切割表面光洁美观，因此切缝一般不需要再加工即可焊　接，方便了后续加工。激光切割加工的不锈钢板无毛刺、皱折、精度　高。激光切割不需要模具，而且目前由微机程序控制，现代激光切割　系统能方便切割不同形状与尺寸的工件，不使用模具，也无须修理　模具，不仅节省了加工费用、降低了生产成本，而且节约了更换模具　的时间。　１．２切割速度快　采用２ＫＷ的激光功率，８ｍｍ厚的碳钢切割速度为１．６ｍ／ｒａｉｎ；　２ｍｍ厚的不锈钢切割速度为３．５ｎｄｍｉｎ，不锈钢越薄切割速度就越　快，从而提高生产效率。　１．３切；Ｎｉｔ量高、密度可控性好　激光束热量传递少，局部热量高，可实现狭窄的直边割缝，热影　响区宽度很小，切缝附近材料的性能也几乎不受影响，局部变形很　小，可忽略不计。激光切割与被加工工件无接触，工件无机械变形，　因为没有刀具也就不存在刀具变形的情况，不用更换磨损刀具，降　低刀具打磨、购买成本；在加工不同形状的零件时更谈不上更换刀　具，改变输出参数就能满足不同形状的加工。由于与计算机相结合，　便于对不锈钢板的整体排料，节约原料，也容易形成自动化加工。　１．４清洁、安全、无污染　激光切割技术大大改善了操作人员的工作环境，由于切割过程　没有刀具与共建的摩擦接触，因摩擦产生的噪音就没有了。因此，激　光切割具有噪声低，振动小，无污染的特点。　１．５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，随着工件厚度的增加，切割速度、切割精度等明显　下降。激光切割设备费用高，激光切割设备的价格约为１５０万元以　上，一次性投资大。　２影响激光切割精度的因素　切割精度是衡量激光切割工艺好坏的重要组成部分，不锈钢切　割精度不仅取决于激光切割设备的精度，也取决于如下多个因素：　２．１激光束的形状。激光束通常为锥形，切出来的缝隙自然也是　锥形，在这种情况下，厚度越小的不锈钢的切缝就越小，工件厚度越　大，精度也就会越低，因此切缝越大。　２．２光斑大小。锥形的激光光束聚集后光斑会越变越小，切缝就　会越来越窄，该激光切割的精度也变得越来越高。最小的光斑可以　达到０．０１ｍｍ。光斑大小严重影响着激光切割精度。　２．３材料成分不同。切割的精度会因材料的成分不同存在差异，　同一材质，局部使用材料会有所不同。激光切割精度在一定程度上　也受工件材质的影响。　２．４工作台。无论是简单的工作台，还是高精度的工作台，会导　致高精度的激光切割效果。在数控机床中，工作台是可以移动的，工　作台移动轨迹的精度，工作台的平整度等也会对切割精度有影响。　３切割常见工艺及问题分析　３　１熔化切割穿孑Ｌ技术　输入的激光束功率密度大，能量高，光束照射点处材料内部开　始蒸发，形成孔洞，小孔被熔化金属包围，与光束同轴的辅助气流把　孑Ｌ洞周围的熔融材料带走。工件移动，小孔按切割方向同步横移形　成一条切缝完成切割。　对于热切割技术，一般都必须采用冲头在板上穿一个小孔然后　再用激光从小孔处开始进行切割的方法，只有少数加工工件在加工　时可以从板边缘开始。对于没有冲压装置的激光切割机有两种穿孔　的基本方法：爆破穿孔：材料经连续激光的照射后在中心形成一个　凹坑，与激光束同轴的氧流很快将熔融材料去除形成一个孔。孔的　大小与板厚有关，对较厚的板爆破穿孔孔径较大，且不圆，不宜在加　工精度要求较高的零件上使用，只能用于废料上。此外由于穿孔所　用的氧气压力与切割时相同，飞溅较大。脉冲穿孔：采用高峰值功率　的脉冲激光使少量材料熔化或汽化，常用空气或氮气作为辅助气　体。穿孔直径较小，其穿孔质量优于爆破穿孑Ｌ。所使用的激光器具有　较高的输出功率，须要有较可靠的气路控制系统，以实现气体种类、　气体压力的切换及穿孔时间的控制。在采用脉冲穿孑Ｌ的情况下，为　了获得高质量的切口，过渡技术应加以重视，在工业生产中主要采　用同时改变脉冲宽度和脉冲频率的办法，取得良好的效果。　３．２氧化熔化切割　材料在激光束的照射下在氧气中被点燃，与氧气发生激烈的化　学反应，这种反应是放热的反应，进一步释放热量，在热量作用下，　不锈钢上形成小孔，小孑Ｌ被熔融的金属包围，不锈钢内部是充满蒸　汽的小孑Ｌ，氧气的氧气流吹走熔渣，氧气流速越高，燃烧化学反应越　剧烈，去除熔渣的速度也越快，但是氧气流速也应控制，不宜过快，　若切缝　决速冷却对切割质量不利。当然，氧气流速不是越高越好，　因为流速过快会导致切缝出口处反应产物即金属氧化物的快速冷　却，这对切割质量也是不利的。氧化熔化切割过程激光照射产热，氧　化反应也产热，因此使用氧作辅助气体可获得较高的切割速度。　３．３切割加工小孔（直径小与板厚）变形情况的分析　解决切割加工小孔径变形常用的处理方式是根据激光切割机　的功率大小选择不同的切割方法。对于大功率激光切割机，在加工　程序中应将脉冲穿孔的软穿刺方式改为爆破穿孔的普通穿刺方式，　即采用爆破穿孔方式保证空洞表面光洁、无毛刺、变形小。对于较小　功率的激光切割机在小孑Ｌ加工为保证表面光洁度，应采取脉冲穿孔　的方式。　４结语　激光切割技术切割不锈钢，可以大大降低加工成本，虽然激光　设备一次性投资大，但是后续工艺成本被降低，综合来说，采用激光　切割还是可取的。激光切割不锈钢工艺可以用到多种产品的加工，　如切割不同图案的工艺品，不锈钢字，汽车制造等领域，加工时间减　少，工件质量较高。　参考文献　［１］李大生，陈文，田新红．不锈钢板的ＣＯ　激光切割工艺研究［ＪＪ．机械　工程师．２０１１年第４期　［２］激光切割的工艺过程及其参数分析．中国机床商务网．２００９年０２　月．　作者简介：王雷（１９８４一），男，２００８年毕业于哈尔滨理工大学机　械设计制造及自动化专业，２００８年参加工作，现任职于哈尔滨电机　厂有限责任公司冲剪分厂，从事工艺工作，助理主任工程师。　—．１０５—．

激光切割工艺

发表于 2009-10-26 20:50 | 只看该作者发表的帖子

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激 光 切 割 工 艺

激光切割的工艺参数

（1）光束横模

① 基模 又称为高斯模，是切割最理想的模式，主要出现在功率小于1kW的激光器。

② 低阶模 与基模比较接近，主要出现在1～2kW的中功率激光器。

③ 多模 是高阶模的混合，出现在功率大于3kW的激光器。

切割速度与横模及板厚的关系见图1。由图可以看出，300W的单模激光和500W的多模有同等的切割能力。但是，多模的聚焦性差，切割能力低，单模激光的切割能力优于多模。常用材料的单模激光切割工艺参数见表1，多模激光切割工艺参数见表2。

表1 常用材料的单模激光切割工艺参数

材料

厚度/mm

辅助气体

切割速度/cmmin-1

切缝宽度/mm

功率/W

低碳钢

3.0 O2

60

0.2

250

不锈钢

1.0

O2

150

0.1

钛合金

40.0

O2

50

3.5

钛合金

10.0

O2

280

1.5

有机透明玻璃

10.0 N2

80

0.7

氧化铝

1.0

O2

300

0.1

聚酯地毯

10.0

N2

260

0.5

棉织品（多层）

15.0

N2

90

0.5

纸板

0.5

N2 300

0.4

波纹纸板

8.0

N2

300

0.4

石英玻璃

1.9

O2

60

0.2

聚丙烯

5.5

N2

70

0.5

聚苯乙烯

3.2

N2

420 0.4

硬质聚氯乙烯

7.0

N2

120

0.5

纤维增强塑料

3.0

N2

60

0.3

木材（胶合板）

18.0

N2

20

0.7

低碳钢

1.0

N2

450

- 500

3.0

N2

150

6.0

N2

50

1.2

O2

600

0.15

2.0

O2

400

0.15

3.0

O2

250

0.2

不锈钢

1.0 O2

300

汇田激光

1

1 激光切割工艺

切割工艺与下述因素关系紧密：

 激光模式

 激光功率

 焦点位置

 喷嘴高度

 喷嘴直径

 辅助气体

 辅助气体纯度

 辅助气体流量

 辅助气体压力

 切割速度

 板材材质

 板材表面质量（如生锈、异物等）

与切割相关的各工艺参数如下图所示。

辅助气体压力割嘴直径透镜焦距材料表面割嘴相对板面距离光束直径焦点割缝宽切割气体类型

图 1 切割工艺参数

汇田激光

2

2 一 激光模式

激光器的模式对切割影响很大，切割时要求到达钢板表面的模式较好。这与激光器本身的模式和外光路镜片的质量有直接的关系。

激光束横截面上光强的分布情况称为激光横模。一般笼统地把横模当作激光模式。用符号TEMmn表示各种横向模式。TEM表示横向电磁波，m、n均为正整数，分别表示在x轴和y轴方向上光强为零的那些点的序数，称为模式序数。下图示出了几种不同的激光束横模的光斑。TEM00模又称基模，其光斑中任何一点光强都不为零。若光斑在x方向上有一点光强为零，称为TEM10模；在y方向上有一点光强为零，称为TEM01模。以此类推，模式序数m和n越大，光斑中光强为零的点的数目越多。有不同横向模式的激光束称为多模。

图 2模式光斑

上图中，TEM00模，称为基模。TEM*01模，是单环模，也叫准基模。为了与TEM01区分，特地加上星号*。TEM01模与TEM10模其实可视为相同的模式，因为X、Y轴原本就是人为划分的。下面示出的是几种模式的立体图。

图 3 TEM00模式立体图

汇田激光

3

3

图 4 TEM20模式立体图 图 5 TEM23模式立体图

图 6 多模

二 焦点位置

焦点位置是一个关键参数，应正确调节焦点位置。

1. 焦点位置与切割面的关系

焦点位置 示意图 特征