发展前景

激光应用于材料加工，被誉为制造技术的革命。据中国光学会资料，中国激光加工产业发展迅猛，总产值已经从1999年的1．6亿元人民bi增加到2003年的12亿元。但从整体实力上看，中国对高功率激光切割技术和成套设备的应用还处于初级阶段，美国投入使用的激光切割机有25000台，而中国仅有600余台。华中科技大学激光研究***朱晓说：“没有掌握核心技术，造成采购成本过高，是中国***激光器、激光成套设备市场长期被国外产品占领的主要原因。”他举例说，如激光切割设备，虽然过去中国产的每台售价才170万元人民bi，远低于进口货70万美元的价格，但切割性能不能满足高水平加工的需要，因此中国激光切割设备大部分是进口货。此次武汉华工制造的第二代大型激光切割机与正在批量制造的第yi代国产化产品相比，切割速度、切割质量和安全稳定性能都有了很大提高。此外，第三代大型激光切割机产品的研发工作正在顺利进行，样机将于2005年初问世。朱晓表示，自20世纪90年代末，中国激光加工设备的工艺技术和制造水平有了重大突破，关键光学器件实现国产化，数控技术也有了大幅提高，加上通过引进吸收海外***技术，中国造激光加工设备在质量、功能、稳定性等方面与国际品牌的差距已逐渐缩小。

激光切割外协加工的原理

激光切割加工是利用高功率密度的激光束扫描过材料表面，在极短时间内将材料加热到几千至上万摄氏度，使材料熔化或气化，再用高压气体将熔化或气化物质从切缝中吹走，达到切割材料的目的。激光切割，由于是用不可见的光束代替了传统的机械刀，激光刀头的机械部分与工作无接触，在工作中不会对工作表面造成划伤；激光切割速度快，切口光滑平整，一般无需后续加工；切割热影响区小，板材变形小，切缝窄（0.1mm~0.3mm）；切口没有机械应力，无剪切毛刺；加工精度高，重复性好，不损伤材料表面；数控编程，可加工任意的平面图，可以对幅面很大的整板切割，无需开模具，经济省时。

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一定轨迹作相对运动，从而形成一定形状的切缝。

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），激光加工打标，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，激光加工，变形。（3）清洁、安全、无污染。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。

CO2激光切割的几项关键技术：一是焦点位置控制技术。聚焦透镜焦深越小，焦点光斑直径就越小，因此控制焦点相对于被切材料表面的位置十分重要。二是切割穿孔技术。任何一种热切割技术，除少数情况可以从板边缘开始外，一般都必须在板上穿一小孔。早先在激光冲压复合机上是用冲头先冲出一孔，然后再用激光从小孔处开始进行切割。三是嘴设计及气流控制技术。激光切割钢材时，氧气和聚焦的激光束是通过喷嘴射到被切材料处，从而形成一个气流束。对气流的基本要求是进入切口的气流量要大，速度要高，以便足够的氧化使切口材料充分进行放热反应；同时又有足够的动量将熔融材料喷射吹出。

激光切割外协加工的原理工艺多种多样，其中熔化切割是使入射的激光束功率密度超过某一值，从而使光束照射点处材料内部开始蒸发，形成孔洞；汽化切割是使用高功率密度的激光束加热，避免热传导造成的熔化，于是部分材料汽化成蒸汽消失；氧化熔化切割是材料在激光束的照射下被点燃，与氧气发生激烈的化学反应而产生另一热源；对于容易受热***的脆性材料，通过激光束加热进行高速、可控的切断，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，称之为控制断裂切割。

激光穿孔

1、 对付穿孔中出现缺陷的四个原则穿孔过程中出现缺陷时，有必要对各种现象进行原因分析和找出处理方法。

（1）缺陷发生的瞬间要确认是在穿孔的过程中，还是在穿孔结束后开始切割时发生的缺陷。如果是穿孔过程中发生的，则根据穿孔开始或者穿孔过程中条件切换时的具体情况，来修正发生问题的输出功率和气压条件。如果缺陷发生在穿孔结束之前，那是因为贯通之前切换到切割条件，有必要延长穿孔时间。如果切割开始时发生加工缺陷的现象，激光加工切割，那是因为在孔的表面周围堆积的熔融金属部位难以通过，所以有必要在开始位置设定脉冲条件或低速条件。

（2）缺陷产生的位置如果在加工平台的特***置，集中出现穿孔缺陷，那是因为激光光轴和喷嘴中心偏离。这需要调整光路偏离。如果穿孔位置过于集中或者是在切割线路的附近进行穿孔，由于加工位置温度过高，也会造成穿孔缺陷。将厚12.Omm的SS400板件作为被加工物，材料温度从常温变化到200℃，调查与加工缺陷之间关系的结果。数据是表示在各温度条件下进行50次穿孔，穿孔缺陷和切割缺陷的发生比例。温度越高，缺陷的发生率就越大。因此有必要研究加工顺序，改善程序尽量沿着尚未过热的线路进行穿孔和切割。

（3）发生穿孔不良的时间随着加工时间的推移，加工不良的发生次数只见增加不见减少时，其原因可能是发振器故障引起的输出功率变动。如果增加冷却时间就能***的话，其原因可能是光学部件热透镜的作用引起的。这种情况下就需要维修光学部件，并与供应商联系。

（4）发生穿孔不良的材料对于发生穿孔不良的材料，要确认过去是否进行过良好加工，激光加工设备，确认记录很重要。如果有过去加工的记录，就不需要调整加工条件，可以认定是加工机和光学部件的缺陷，进行检查找出原因。

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