激光切割加工工艺是怎样的

激光切割技术广泛应用于金属和非金属材料的加工，可以大大缩短加工时间，降低加工成本，提高工件质量。现代激光已经成为人们幻想和追求的“剑”。以金运激光CO2激光切割机为例，整个系统由控制系统、运动系统、光学系统、水冷系统、排烟和吹风保护系统等组成。采用先进的数控方式，实现多轴联动和激光等能量切割，不受速度影响。同时，支持DXP、PLT、CNC等图形格式，增强了界面图形绘制的处理能力。采用性能优越的进口伺服电机和传动导向结构，实现高速下良好的运动精度。

激光切割是利用激光聚焦产生的高功率密度能量实现的。在计算机的控制下，激光通过脉冲放电，输出受控的重复高频脉冲激光，形成一定频率和一定脉宽的光束。脉冲激光束经光路透射和反射，通过聚焦透镜组聚焦在被加工物体表面，形成细小的高能量密度光斑，焦点位于被加工表面附近，在瞬间高温下熔化或气化被加工材料。每一个高能激光脉冲都会在瞬间在物体表面溅射出一个小洞。在计算机的控制下，激光加工头与被加工材料按照预先画好的图形进行连续的相对运动和打点，从而将物体加工成所需的形状。切割时，与光束同轴的气流从切割头喷出，熔化或汽化的材料从切口底部吹出(注：如果吹出的气体与要切割的材料发生热效应反应，这种反应将为切割提供额外的能量;气流还冷却切割表面，减少热影响区，并确保聚焦镜不受污染)。与传统的板材加工方法相比，激光切割具有切割质量高(切口宽度窄、热影响区，平滑切口小)、切割速度快、灵活性高(任意切割任意形状)、材料适应性广等优点。

主要流程如下：

1.汽化切割。

在高功率密度激光束的加热下，材料的表面温度很快上升到沸点温度，这样就可以避免热传导引起的熔化，因此部分材料蒸发成蒸汽并消失，部分材料被辅助气流作为射流从狭缝底部吹走。一些不可熔化的材料，例如木材、碳材料和一些塑料，通过这种汽化切割方法被切割和形成。

在汽化切割的过程中，蒸汽带走熔化的颗粒和被冲走的碎片，形成孔洞。在蒸发过程中，大约40%的材料消失在蒸汽中，而60%的材料被以液滴形式的气流驱走。

2.熔化和切割。

当入射激光束的功率密度超过某个值时，激光束照射点处的材料内部开始蒸发，形成孔。一旦这个小孔形成，它将作为黑体吸收所有入射光束能量。小孔被熔融金属壁包围，然后孔周围的熔融材料被与光束同轴的辅助气流带走。随着工件的移动，小孔在切割方向上同步移动以形成切割缝。激光束继续沿着接缝的前边缘照射，并且熔融材料被连续地或脉动地从接缝吹走。

3.氧化、熔化和切割。

通常，熔化切割使用惰性气体。如果用氧气或其他活性气体代替，材料将在激光束的照射下被点燃，这将与氧气反应产生另一个热源，这被称为氧化熔化切割。具体描述如下：

(1)在激光束的照射下，材料的表面被迅速加热到点火温度，然后与氧气发生激烈的燃烧反应，释放出大量的热量。在这种热量的作用下，材料内部形成了一个充满蒸汽的小孔，而小孔的外围被熔化的金属墙所包围。

(2)燃烧物质向炉渣中的转移控制着氧气和金属的燃烧速度，氧气通过炉渣扩散到点火前沿的速度也对燃烧速度有很大影响。氧气流速越高，燃烧化学反应和排渣越快。当然，氧气流速越高越好，因为流速太高会导致反应产物，即金属氧化物在狭缝出口处快速冷却，这也不利于切割质量。

(3)显然，在氧化熔化切割过程中有两个热源，即激光照射能和氧气与金属化学反应产生的热能。据估计，切割钢时，氧化反应释放的热量约占切割所需总能量的60%。

显然，与惰性气体相比，使用氧气作为辅助气体可以获得更高的切割速度。

(4)在双热源氧化熔化切割过程中，如果氧气的燃烧速度高于激光束的移动速度，狭缝会变宽且粗糙。如果激光束的移动速度快于氧气的燃烧速度，狭缝就会变得又窄又光滑。

4.控制断裂切割。

对于易受热破坏的脆性材料，用激光束加热进行高速可控切割称为可控断裂切割。这种切割过程的主要内容是激光束加热小面积的脆性材料，在该区域引起大的热梯度和严重的机械变形，导致材料中的裂纹。只要保持均匀的加热梯度，激光束就可以在任何期望的方向上引导裂纹。

应该注意的是，这种受控断裂切割不适合切割锐角和拐角切口。切割超大的闭合形状不容易成功。快速控制断裂切削速度，不需要过高的功率，否则会造成工件表面熔化，破坏切口边缘。主要控制参数是激光功率和光斑尺寸。