大功率激光切割能力

（1）切割厚板的厚度不断提升

目前大功率激光切割机切割铝合金板材厚度可达40mm，不锈钢板材厚度可达130mm，随着大功率激光切割机技术的不断升级，切割材料的厚度还会不断增加，加工厚板的价格会逐渐降低，并加快促进大功率激光切割机在厚板领域中的应用[3]。

（2）切割中薄板的效率倍增

①切割厚度为3～10mm的不锈钢板材时，10 000W激光切割机的切割速度是6000W的两倍以上。②10 000W激光切割机在碳素钢的切割应用中，可以达到18～20mm/s的快速亮面切割，是普通标准切割速度的两倍。③可以用压缩空气或氮气切割12mm以内的碳素钢板，切割效率是氧气切割碳素钢速度的6~7倍。

激光切割机在切割过程中，光束经切的透镜聚焦成一个很小的焦点，使焦点处达到高的功率密度，其中切固定在z轴上。这时，光束输入的热量远远超过被材料反射、传导或扩散的部分热量，材料很快被加热到熔化与汽化温度，与此同时，一股高速气流从同轴或非同轴侧将熔化及汽化了的材料吹出，形成材料切割的孔洞。随着焦点与材料的相对运动，使孔洞形成连续的宽度很窄的切缝，完成材料的切割。

空气氧化熔化切割（激光火苗切割） 熔化切割一般应用稀有气体，假如代之以氧气或其他活力汽体，原材料在激光束的直射下被引燃，与氧气产生猛烈的化学变化而造成另一热原，使原材料进一步加温，称之为空气氧化熔化切割。 因为此效用，针对同样薄厚的合金结构钢，选用该方式可获得的切割速度比熔化切割要高。另一方面，该方式和熔化切割对比很有可能创口品质更差。事实上它会转化成更宽的切缝、显著的表面粗糙度、提升的热危害区和更差的边沿品质。激光火苗切割在生产加工高精密实体模型和尖角时是不太好的（有烧毁尖角的风险）。能够应用单脉冲方式的激光来限定热危害，激光的输出功率决策切割速率。在激光输出功率一定的状况下，限定因素便是氧气的供货和原材料的热传导率。

激光切割的优点之一是光束的能量密度高,一般10W/cm2。由于能量密度与面积成反比，所以焦点光斑直径尽可能的小，以便产生一窄的切缝；同时焦点光斑直径还和透镜的焦深成正比。聚焦透镜焦深越小,焦点光斑直径就越小。但切割有飞溅,透镜离工件太近容易将透镜损坏，因此一般大功率CO2激光切割机工业应用中广泛采用5〃~7.5〃〞(127~190mm)的焦距。实际焦点光斑直径在0.1~0.4mm之间。对于高质量的切割,有效焦深还和透镜直径及被切材料有关。例如用5〃的透镜切碳钢,焦深为焦距的+2%范围内,即5mm左右。因此控制焦点相对于被切材料表面的位置十分重要。顾虑到切割质量、切割速度等因素,原则上6mm的金属材料,焦点在表面上； 6mm的碳钢,焦点在表面之上； 6mm的不锈钢,焦点在表面之下。具体尺寸由实验确定。