本文圍繞切割、微軟、激光、氣體、材料、厚度、輔助、噴嘴、熔化、氧化等有關詞展開編寫的關于光纖激光切割的工藝參數及原理規律的切割微軟激光相關文章，僅供大家了解學習。

激光切割原理

光纖激光切割機用聚焦的高功率密度激光光束照射工件，使被照射材料快速熔化、汽化、燒蝕或達到燃點。同時，熔融材料被與光束同軸的高速氣流吹走，從而切割工件。激光切削是熱切削方法之一，其工作原理圖如下。

[1]陳家碧，彭潤玲，等.激光原理與應用[J].電子工業出版社，2008:174。

激光切割的分類

1)汽化切割
工件由高能量密度的激光光束加熱。在短時間內蒸發形成蒸汽。在材料上做一個切口。一般材料的汽化熱很大，所以激光汽化切割需要很大的功率和功率密度。
激光汽化切割主要用于切割極薄的金屬材料和非金屬材料(如紙、布、木材、塑料和橡膠等)。).

2)熔化切割
激光熔化切割時，金屬材料通過激光加熱熔化，非氧化性氣體(氬氣、氦氣、氮氣等。)注入噴嘴，液態金屬被氣體的強大壓力排出，形成切口。所需能量約為汽化切割的1/10。
激光熔化切割主要用于切割一些非氧化材料或活性金屬，如不銹鋼、鈦、鋁及相關合金。

3)氧氣切割
它以激光為預熱熱源，以氧氣等活性氣體為切割氣體。一方面，吹來的氣體與切割金屬發生反應，引起氧化反應，釋放出大量的氧化熱；另一方面，熔融氧化物和熔體被吹出反應區，切割速度一般高于激光汽化切割和熔化切割。
激光氧氣切割主要用于碳鋼、鈦鋼、熱處理鋼等易氧化的金屬材料。

激光切削相關工藝參數

激光功率和光束聚焦特性

激光輸出功率

激光的輸出功率直接影響激光切割機的性能。一般隨著板厚的增加，需要的激光功率更大。在相同厚度的板材切割中，輸出功率激光越高，切割速度越快，切割端面越光滑。但輸出功率確定后，切割速度必須與材料及其厚度相一致，才能達到zui佳切割效果。太快或太慢都會影響激光的切割效果。

激光輸出模式

單模是指在一根光纖上運行一個波長的模式，多模是指在一根光纖上運行多個波長的模式。一般單模激光光束質量好，光斑小，適合微細加工和薄板切割，加工精度高。多模激光適用于金屬焊接、工業零件熱處理以及不銹鋼、鋁、鋼等厚板材料的高質量切割。

激光輸出和光束聚焦特性

焦點尺寸和焦深長度

在激光切割中，焦點位置對材料的切割效果影響很大。不同的材質或厚度對應切割時不同的焦點位置。

激光在切割中，焦深的大小是影響切割效果和效率的重要因素之一。光束通過短焦距聚焦鏡后，光斑直徑相對較小，焦深較短，焦點處功率密度高，有利于高速切割薄材料，切割精度高。經過長焦距鏡頭后，焦深長，但焦徑比較大。只要有足夠的功率密度，就比較適合切割較厚的工件。

焦點位置

一般焦點位置

與切割面的關系

總結:

切割薄板時，焦點一般在工件表面；切割厚板時，不銹鋼的焦點通常深入板內，約為板厚的1/3-1/4，處于負散焦范圍。對于碳鋼，焦點在板面上方，隨著板厚的增加，焦點離板面越遠，處于正散焦范圍。

輔助氣體和配置

在激光切割機中，與激光輸出同軸的輔助氣體不僅可以吹走狹縫中的熔渣，還可以冷卻被加工物體的表面，減小熱影響區，冷卻聚焦鏡頭，防止煙霧進入鏡頭座污染鏡頭，造成鏡頭過熱。

氣體類型和壓力的選擇對切割過程也有重要影響。選擇輔助氣體的種類，匹配相應的氣壓，會對切割性能產生一定的影響，包括切割精度、切割速度、切割厚度等。

氣體類型

一般來說激光切割過程需要使用輔助氣體，氣體的選擇必須根據不同的材料來確定。激光切割中常用的輔助氣體有氧氣、氮氣、空氣等。它們的作用和功能如下:

1.氧氣
主要用于激光切割機切割碳鋼。在通過氧反應熱大大提高切割效率的同時，生成的氧化膜將增加反射材料的光譜吸收因子。切口呈黑色或暗黃色。
主要適用于軋鋼、熔結結構用軋鋼、機械結構用碳鋼、高張力板、工具板、不銹鋼、電鍍鋼板、銅、銅合金等。

2.氮氣
用氧氣切割某些金屬時，切割面上會形成一層氧化膜。氮氣可用于無氧化切割，以防止氧化膜出現。非氧化切削表面具有直接焊接和涂層、耐腐蝕性強等特點。切口端面是白色的。
主要適用的板材有不銹鋼、鍍鋅鋼、黃銅、鋁、鋁合金等。

3.空氣
空氣可以由空氣壓縮機直接提供，所以與其他氣體相比非常便宜。空氣雖然含有20%左右的氧氣，但切割效率遠不及氧氣，切割能力與氮氣差不多。切削表面會出現微量的氧化膜，但可以作為防止涂層脫落的措施。切口的端面呈黃色。
主要適用材料有鋁、鋁合金、不銹銅、黃銅、鍍鋅鋼板、非金屬等。

4.氬氣
氬氣是一種惰性氣體，用于激光切割機切割，防止氧化和氮化，也用于焊接。與其他工藝氣體相比，價格偏粳，相應增加了成本。切口端面是白色的。

主要適用的材料有鈦、鈦合金等。

輔助氣體和配置

氣壓，高壓和低壓

一般氧氣用于切割普通碳鋼，低壓鉆孔，高壓切割；用空氣切割非金屬，低壓和高壓的壓力可以調節到相同；用氮氣切割不銹鋼等。和低壓氧氣來鉆孔。

激光輔助氣流對切割的基本要求是進入切口的氣流要大，速度要快，這樣才有足夠的動量把熔化的材料噴射出來。輔助氣體的純度越高，切割質量越好。

在保證輔助氣體純度的前提下，壓力也是一個很重要的因素。如果輔助氣體的壓力匹配不當，也會影響切割效果。激光在切割過程中，如果壓力不足，工件的切割面會熔化，粗糙度增加，切割速度得不到提高，從而影響零件的切割效果；如果氣壓過高，氣流過強，切割斷面粗糙度增加，切割縫變寬，切割部分熔化，不能形成良好的切割質量。通常，隨著切片厚度的增加，所需輔助氣體的壓力也逐漸增加。

輔助氣體壓力對切割質量的影響

輔助氣體和配置

噴嘴選擇

噴嘴的尺寸和類型對切割質量和穿孔質量有重要影響。既能防止熔融雜質彈起污染聚焦鏡，又能控制輔助氣體的擴散面積和大小。切割材料時，噴嘴過大或過小都會影響切割效果。切割時要根據具體板材材質和厚度來選擇。下表和下圖分別說明了兩組噴嘴的切割副和不同類型噴嘴的示意圖。

總結:

一般來說，噴嘴孔尺寸的選擇隨著切割板厚度的增加而增加；小口徑噴嘴可以提高切割精度，大口徑噴嘴有利于切割更厚的板材。通常單層噴嘴用于切割不銹鋼和鋁合金，復合噴嘴用于切割碳鋼和結構鋼。

切削材料性能

物料類型

不同的材料對不同波長的光有不同的吸收程度。目前大部分光纖激光器件的輸出波長為1.064微米，該波段的激光非常有利于金屬材料的吸收。因此，光纖激光在金屬切割、焊接等加工領域表現出了優越的能力，得到了廣泛的應用。

目前，光纖激光通常加工(切割)以下幾種金屬材料:

不銹鋼:激光是切割不銹鋼非常有效的加工工具。在控制激光切削參數的條件下，切邊熱影響區可以很小，切削速度快，效果好。

碳鋼:激光采用激光 切割機氧化熔化切割，其切割縫可控制在滿意的寬度范圍內，碳鋼板zui大可切割厚度為20mm。

而鋁合金:鋁是高反光材料，純鋁因為純度高，很難切割；由于鋁合金成分的不同，切割效果也大相徑庭。鋁切割屬于激光熔化切割機系統，輔助氣體主要起到將切割區域的熔體吹走的作用，通常能獲得較好的斷面質量。

銅合金:銅的反射率高，導熱性好。黃銅(銅合金)可以用高激光功率和輔助氣體切割薄板。紫銅(純銅)因為反射率高，很難連續激光切割，脈沖激光可以切割更薄的板材。

鈦及其合金:純鈦可以很好的耦合聚焦激光光束轉化的熱能，切割時通常使用氬氣和氮氣作為輔助氣體，防止與氧氣反應造成過燒。

切削材料性能

材料厚度

激光切割碳鋼板厚度可達20mm；厚度小于6mm的不銹鋼可以切割激光；黃銅和鋁合金薄板可以用氮氣切割，厚板可以用氧氣切割。一般來說激光的功率越大，同樣的材料可以切割的厚度越大。隨著板材厚度的增加，高反射材料的切割難度越來越大。下圖為500w光纖激光設備切割不同厚度和材料時的厚度-切割速度關系，對應zui佳切割效果。

分析:

因為不同的材料對光纖激光切割機的吸收率不同，所以對于不同材料相同厚度的切割速度也不同。受激光功率的影響，同一材質不同厚度的切割速度和效果也有差異。切割氣體也會對切割過程產生一定的影響。

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