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常用工程材料的激光切割加工

1. 金属材料的激光切割

虽然几乎所有的金属材料在室温对红外波能量有很高的反射率，但发射处于远红外波段1.064um光束的灯泵浦ND:YAG激光器及10.6μmCO2激光器还是成功的应用于许多金属的激光切割实践

2. 非金属材料的激光切割

10.6μm波长的CO2激光束很容易被非金属材料吸收，导热性不好和低的蒸发温度又使吸收的光束几乎整个输入材料内部，并在光斑照射处瞬间汽化，形成起始孔洞，进入切割过程的良性循环。

金属材料的激光切割加工。

虽然几乎所有的金属材料在室温对红外波能量有很高的反射率，但发射处于远红外波段10．6um光束的C02激光器还是成功的应用于许多金属的激光切割加工实践。金属对10．6um激光束的起始吸收率只有O．5％一10％，但是，当具有功率密度超过106晡，，cnl2的聚焦激光束照射到金属表面时，却能在微秒级的时间内很快使表面开始熔化。处于熔融态的大多数金属的吸收率急剧上升，一般可提高60％一80％。

(1)碳钢。

现代激光切割加工系统可以切割碳钢板的大厚度可达20MM，利用氧化熔化切割机制切割碳钢的切缝可控制在满意的宽度范围，对薄板其切缝可窄至0．1MM左右。

(2)不锈钢。

激光切割对利用不锈钢薄板作为主构件的制造业来说是个有效的加工工具。在严格控制激光切割过程中的热输入措施下，可以限制切边热影响区变得很小，从而很有效的保持此类材料的良好耐腐蚀性。

(3)合金钢。

大多数合金结构钢和合金工具钢都能用激光切割方法获得良好的切边质量。即使是一些高强度材料，只要工艺参数控制得当，可获得平直、无粘渣切边。不过，对于含钨的高速工具钢和热模钢，激光切割时会有熔蚀和粘渣现象发生。

(4)铝及合金。

铝切割属于熔化切割加工机制，所用辅助气体主要用于从切割区吹走熔融产物，通常可获得较好的切面质量。对某些铝合金来说，要注意预防切缝表面晶间微裂缝产生。

(5)铜及合金。

纯铜(紫铜)由于太高的反射率，基本上不能用C02激光束切割。黄铜(铜合金)使用较高激光功率，辅助气体采用空气或氧，可以对较薄的板材进行切割。

(6)钛及合金。

纯钛能很好耦合聚焦激光束转化的热能，辅助气体采用氧时化学反应激烈，切割速度较快，但易在切边生成氧化层，不小心还会引起过烧。为稳妥起见，采用空气作为辅助气体比较好，以切割质量。

飞机制造业常用的钛合金激光切割质量较好，虽然切缝底部会有少许粘渣，但很容易清除。

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气化激光切割加工。

在高功率密度激光束的加热下，材料表面温度升至沸点温度的速度是如此之快，足以避免热传导造成的熔化，于是部分材料气化成蒸汽消失，部分材料作为喷出物从切缝底部被辅助气体流吹走。激光切割的温度超过11000℃，足以使任何材料气化，因此在激光切割时。除熔化外，气化也起著重要的作用。有些材料(例如碳和某些陶瓷)的激光切割过程则纯属气化过程。

控制断裂激光切割加工

对于容易受热破坏的脆性材料，通过激光束加热进行高速、可控的切断，称为控制断裂切割。这种切割过程主要内容是：激光束加热脆性材料小块区域，引起该区域大的热梯度和严重的机械变形，导致材料形成裂缝。只要保持均衡的加热梯度，激光束可引导裂缝在任何需要的方向产生。

CO2激光切割加工： 激光切割主要是CO2激光切割，CO2激光切割是用聚焦镜将CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化，同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料，并使激光束与材料沿轨迹作相对运动，从而形成形状的切缝。CO2激光切割技术比其他方法的明显优点是：

（1）切割质量好。切口宽度窄（一般为0.1--0.5mm）、精度高（一般孔中心距误差0.1--0.4mm,轮廓尺寸误差0.1--0.5mm）、切口表面粗糙度好（一般Ra为12.5--25μm）,切缝一般不需要再加工即可焊接。

（2）切割速度快。例如采用2KW激光功率,8mm厚的碳钢切割速度为1.6m/min；2mm厚的不锈钢切割速度为3.5m/min,热影响区小,变形极小。

（3）清洁、安全、。大大改善了操作人员的工作环境。当然就精度和切口表面粗糙度而言,CO2激光切割不可能超过电加工；就切割厚度而言难以达到火焰和等离子切割的水平。但是就以上显著的优点足以证明：CO2激光切割已经和正在取代一部分传统的切割工艺方法,特别是各种非金属材料的切割。它是发展迅速,应用日益广泛的一种加工方法。

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