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激光切割加工技术的研究与应用

激光切割加工是激光加工行业中重要的一项应用技术,也是激光加工中应用早、使用多的加工方法。它占整个激光加工业的70%以上。本文主要介绍激光切割原理，激光切割的特点，材料激光切割的主要影响因素分析，激光切割的主要工艺技术的发展和分析。目前激光切割主要是CO2激光切割，本文还介绍CO2激光切割的主要原理，以及CO2激光切割的加工特点，CO2激光切割的国内外各领域的的应用介绍。常用工程材料的激光切割介绍与分析。激光切割技术的发展现状与展望，并根据其国内国外的发展现状,指出了激光切割技术未来的发展趋势。

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非金属材料的激光切割。

10．6um波长的C02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。

(1)有机材料。

可用激光切割的有机材料包括：塑料(聚合物)、橡胶、木材、纸制品、皮革等。

(2)无机材料。

可用激光切割的无机材料包括：石英、玻璃、陶瓷、石头等。

(3)复合材料。

新型轻质加强纤维聚合体复合材料很难是常规方法进行加工。利用激光无接触加工的特点可以对固化前的层迭薄片高速进行切割修剪、定尺，在激光束的加热下，薄片边缘被融合，避免了纤维屑生成。对完全固化后的厚工件，尤其是硼纤维和碳纤维合成材料，激光切割加工要注意防止切边可能会有碳化、分层和热损伤发生。正如塑料切割一样，合成材料切割过程中需要及时排除废气。还有一种类型的复合材料，就是单纯由两种性能不同的材料上下复合在一起，为了获取较好的切割质量，激光切割总的原则是先切割具有较好切割性有的那一面。

熔化激光切割加工。

当入射的激光束功率密度超过某一值后，光束照射点处材料内部开妈蒸发，形成孔洞。一旦这种小孔形成，它将作为黑体吸收所有的入射光束能量。小孔被熔化金属壁所包围，然后，与光束同轴的辅助气流把孔洞周围的熔融材料带走。随着工件移动，小孔按切割方向同步横移形成一条切缝。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走。

激光切割加工原理：

激光束聚焦成很小的光点其小直径可小于 0.1mm），使焦点处达到很高的功率密度可超过106W／cm2)。这时光束输入（由光能转换）的热量远远超过被材料反射、传导或扩散部分，材料很快加热至汽化湿度，蒸发形成孔洞。随着光束与材料相对线性移动，使孔洞连续形成宽度很窄（如0.1mm左右）的切缝，再用高压气体将熔化或气化物质从切缝中吹走，达到切割材料的效果。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。

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。

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