内容发布更新时间 : 2024/11/8 14:50:28星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

置定义：焦点到切割工件上表面的距离，如图4-9所示，B为焦点高度，焦点位置在表面上一般称为正焦点，焦点位置在表面下一般称为负焦点。

图4-9：激光调焦示意图4

4.3.3.2焦点的位置与切割材料及断面的关系说明

下表所列出的是在切割不同的板材时，激光切割焦点处于不同的位置，对板材打孔和切割断面造成的影响，以及在切割不同材质和不同厚度的板材时，焦点位置的选择，见表4-2。

名称及焦点的位置 切割材料及断面特征 薄板切割时使用。 零焦点：激光焦点在切割工件上表面 焦点在工件上表面，上表面切割光滑，下表面则不光滑。 碳钢等材料的使用方式。 焦点在表面上，因此平滑面范围较大，割缝比零正焦点：激光焦点在切割板材表面上 焦距的割缝宽，切割时气体流量较大，穿孔时间比零焦距长。 不锈钢、铝板等切割时的使用方法。 负焦点：激光焦点在切割板材里面或下面 不锈钢切割时，切割用高压氮气，吹去溶渣保护断面，割缝随工件板厚的增加而增宽。 表4-2：焦点与切割材料的关系 4.3.4 设定喷嘴与工件的距离

图4-10：喷嘴与工件距离示意图

在调整好传感器调整盒后，喷嘴与工件的随动距离主要通过YRC切割头示教盒来调整，请参阅切割头说明书。 4.4激光切割工艺原理

激光切割是材料加工中一种先进的和应用较为广泛的切割工艺。它是利用高能量密度的激光束作为“切割刀具”对材料进行热切割的加工方法。采用激光切割技术可以实现各种金属、非金属板材、复合材料等的切割，在各领域都有广泛的应用。 4.4.1激光切割原理

激光切割是利用经聚焦的高功率高密度的激光束照射工件，使被照射处的材料迅速熔化、气化、烧蚀或达到燃点，同时借助与光束同轴的高速气流去除熔融物质，从而实现割开工件，激光切割属于热切割方法之一。

4.4.1.1激光切割的主要方式

激光切割可分为激光汽化切割、激光熔化切割、激光氧助熔化切割和控制断裂切割四种： A、激光汽化切割

利用激光高能力密度的激光束加热工件，使温度迅速上升，在非常短的时间内达到材料的沸点，材料开始汽化，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。材料的汽化热一般很大，所以激光汽化切割时需要很大的功率和功率密度。

激光汽化切割多用于极薄金属材料和非金属材料（纸、布、木材、塑料和橡皮等）的切割 B、激光熔化切割

激光熔化切割是用激光加热使金属材料熔化，然后通过与光束同轴的喷嘴喷吹非氧化气体（N2、Ar、He等）依靠气体的强大压力使液态金属排除，形成割缝。激光熔化切割不需要使金属完全汽化，所需激光能量只有汽化切割的十分子一左右，约10W/cm。

①、激光束照射到工件表面，除反射损失外，剩下的能量被吸收，加热材料 蒸发成小孔； ②、一但小孔形成，它作为黑体将吸收所有光束能量，小孔被熔化金属壁所包围，依靠气流的高

速流动，使熔壁保持相对稳定；

③、熔化等温线贯穿工件，依靠辅助气流喷射压力将融化材料吹走；

④、随着工件或者切割头的移动，小孔横移并成一条切缝，激光束继续沿着这条缝的前沿照射，

熔化材料持续或脉动地从缝内被吹掉。

对薄板材料，切割速度过慢会使大部分激光束直接通过切口白白损失能量，速度提高使更多光束照射材料，增加与材料的耦合功率，获得保证切割质量的较宽参数调节区，对厚板材料，由于激光蒸发作用或熔化产物移去速度不够快，光束在割缝内材料切面上多次反射，只要熔化产物能在它被冷气

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流凝团前除去，切割过程将继续进行。

所有激光切割口边缘都呈条纹状，其原因是：

①、切割过程开始于导致氧燃烧的某功率值，而在较低的功率水平停止；

②、切割断面是如此的陡，以致在它上面的功率密度不能持续地维持熔化过程，而在切割面形成

台阶，使切割面在切割过程中间歇地前进；

③、切割产生的吸收或反射等离子或烟雾可引起间歇效应。

激光熔化切割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。切割质量好，但成本比氧气切割高。 C、激光氧助熔化切割

激光氧气切割原理类似于氧乙炔切割 ，它是用激光作为预热热源，用氧气等活性气体作为切割气体。喷出的气体一方面与金属作用，发生氧化反应，放出大量的氧化热；另一方面把熔融的氧化物与熔化物从反应区吹出，在金属中形成切口。简要分析如下：

①、在激光照射下，材料表面加热到达燃点温度，随之与氧气接触，发生激烈氧化反应，放出大

量热量。在此热量作用下，材料内部形成充满蒸气的小孔，小孔周围被熔融金属壁所包围。 ②、蒸气流动运动使周围熔融金属壁向前移动，并发生热量和物质转移。

③、氧和金属的氧化速度受控于氧化物质转移成熔渣，和氧气扩散通过熔渣到达点火前沿的速度。

氧气流速越高，燃烧化学反应和材料去除速度越快。同时，也导致切缝出口处反映产物—氧化物的快速冷却。

④、最后达到燃点温度的区域，氧气流作为冷却剂，缩小热影响区。

⑤、显然，氧助切割存在着两个热源：激光照射能和氧-金属放热反应能，粗略估计，切割碳钢

时，氧化反应提供的能量要占全部切割能量的60%左右，很明显，与惰性气体比较，使用氧气做辅助气体可获得较高的速度。

⑥、氧燃烧速度高于光束行进速度，这时割缝宽且粗糙；激光束行进速度比氧燃烧速度快，所得

切缝狭窄而光滑，再快，会突变切不穿。

⑦、因氧化反应热占很大作用，所以氧气的纯度与板材的质量对切割的质量有严重影响。 激光氧气切割主要用与碳钢等易氧化的金属材料。也可用于不锈钢等材料的加工，但断面发黑且粗糙，而成本低于惰性气体切割。 D、控制断裂切割

通过激光束加热，容易受破坏的脆性材料高速、可控地切断，称为控制断裂切割。其切割原理为：激光束加热脆性材料小块区域，引起热梯度和随之而来的严重机械变形，使材料形成裂缝。控制断裂

切割速度快，只需很小的激光功率；功率太高会造成工件表面熔化，并破坏切割边缘。控制断裂切割主要可控参数是激光功率和光斑尺寸。 4.4.1.2激光切割的特点

激光切割与其他热切割方法相比较，总的特点是切割速度快、质量高。具体概括为如下几个方面。

（1） 切割质量好

由于激光光斑小、能量密度高、切割速度快，因此激光切割能够获得较好的切割质量。 （2） 激光气割切口细窄、切缝两面平行并且与表面垂直度好，切割零件的尺寸精度可参

见4.4.5.8

（3） 切割表面光洁美观，甚至可作为最后一道加工工序，无需机械加工，零件可直接使

用。

（4） 材料经过激光切割后，热影响区宽度很小，切缝附近材料的性能也几乎不受影响，

并且工件变形小，切割精度高。

激光切割、水切割、氧乙炔切割和等离子切割方法的比较见下表，切割材料为6mm的低碳钢板。 切割方法 激光切割 水切割 氧乙炔切割 等离子切割 切缝宽度/mm 热影响区宽度/mm 0.2—0.3 0.7—1.0 0.9—1.2 3.0—4.0 0.04—0.06 无 0.6—1.2 0.5—1.0 断面质量 垂直、光洁 楔形较粗糙 较粗糙 楔形较粗糙 切割速度 非常快 非常慢 慢 快 成本费用 高 低 低 中高 （5） 切割速度快，例如：2500W的激光切割1mm厚的冷轧碳钢板，切割速度可达16－

19m/min。

（6） 非接触式切割，激光切割时喷嘴与工件无接触，不存在工具磨损。

4.4.1.3激光切割的工艺分析

激光切割是熔化和汽化相结合的过程，影响其切割质量的因素很多，除机床工艺参数、加工材料等因素外，还有其他对加工质量有影响的因素，概略如下：

⑴、穿孔带内的选择，根据实际情况确定穿孔点的位置； ⑵、引线方式、角度、长短等的选择；

⑶、材料利用率和热影响对零件间距、板材间距的合理设置； ⑷、考虑热变形对的加工路径的选择；

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⑸、微圆弧倒角的合理应用；

应根据生产实际总结经验，合理地根据加工零件选择最佳的加工工艺。 4.4.2激光切割速度的选择说明

激光切割时，切割的速度选择是根据切割板材的材质、板材的厚度来确定的，不同的切割速度，对激光切割的品质会造成极大的影响。选择适当的切割速度，能得到良好的切割质量。

a)、氧气作为辅助气体的“燃烧”切割，采用1200W的快速轴流CO2激光器 b)、氧气作为辅助气体的“无氧”切割，采用6000W的快速轴流CO2激光器 c)、试样材料为2.5mm的1Cr18Ni9Ti不锈钢。试样为一长方体 图4-11 切割速度对切割质量影响示意图 下面就不同的切割速度对切割质量的影响进行讨论： 4.4.2.1如何判断切割进给速度的快慢

从切割火花可判断进给速度的快慢：一般切割火花是由上往下扩散的，火花若倾斜时，则进给速度太快；若火花呈现不扩散且少，凝聚在一起，则说明进给速度太慢。如图所示适当的切割速度，如下图4-12，切割面呈现较平稳线条，且下半部分无熔渍产生。

图4-12：切割速度产生切割火花效果图

4.4.2.2切割进给速度对切割质量的影响

4.4.2.2.1激光切割进给速度太快对切割质量的影响

1) 可能造成无法切割，火花四溅。

2) 有些区域可以切断，但有些区域不能切断。