一、运行模式    

激光器经常运行在连续输出模式，为了得到最佳的切割质量，对于给定的材料，有必要调整进给速率，例如拐弯时的加速，减速和延时。因此，在连续输出模式下，降低功率是不够的，必须通过变化脉冲来调整激光率。  

   

表4：各种不同的激光运行模式、应用范围和举例。

 

在连续模式下，激光输出的功率是恒定的，这使得进入板料的热量比较均匀，它适合于一般情况下较快速的切割，一方面可以提高工作效率，另一方面也是避免热量集中导致热影响区组织恶变的需要。    

 

调制模式的激光功率是切割速度的函数，它可以通过限制在各点处的功率使 进入板料的热量保持在相当的低水平，从而防止切缝边缘的烧伤。由于它的控制比较复杂，因此效率不是很高，只在短时段内使用。    

 

脉冲模式虽可细分为三种情况，实质上只是强度的差别，往往根据材料的特性和结构的精度来选择。

 

二、激光切割的特点    

 

1、激光切割的切缝窄，工件变形小。激光束聚焦成很小的光点，使焦点处达到很高的功率密度。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，材料很快加热至汽化程度，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的切缝。切边と扔跋旌苄。基本没有工件变形。      

切割过程中还添加与被切材料相适合的辅助汽体。碳钢切割时利用氧作为辅助汽体与熔融金属产生放热化学反应氧化材料，同时帮助吹走割缝内的熔渣。切割聚丙烯一类塑料使用压缩空气，棉、纸等易燃材料切割び枚栊云体。进入喷嘴的辅助汽体还能冷却聚焦透镜，防止烟尘进入透镜座内污染镜片并导致镜片过热。   

   

大多数有机与无机材料都可以用激光切割。在工业制造系统占有份量很重的金属加工业，许多金属材料，不管它是什么样的硬度，都可以进行对高反射率材料，如金、银、铜和铝合金，它们也是好的传热导体，因此激光切割很困难，甚至不能切割。 

   

激光切割无毛刺、皱折、精度高，优于等离子切割。对许多机电制造行业来说，由于微机程序控制的现代激光切割系统形状与尺寸的工件，它往往比冲切、模压工艺更被优先选用；尽管它加工速度还慢于模冲，但它没有模具消耗，无须修理模具，还节约更换模具时间，从而节省了加工费用，降低了生产成本，所以从总体上考虑是更合算的。

   

2、激光切割是一种高能量、密度可控性好的无接触加工。激光束聚焦后形成具有极强能量的很小作用点，把它应用于切割有许多特点。首先，激光光能转换成惊人的热能保持在极小的区域内，可提供：

 

（1）狭窄的直边割缝；

 

（2）最小的邻近切边的热影响区；

 

（3）极小的局部变形。   

 

其次，激光束对工件不施加任何力，它是无接触切割工具，这就意味着：

 

（1）工件无机械变形；

 

（2）无刀具磨损，也谈不上刀具的转换问题；

 

（3）切割材料无须考虑它的硬度，也即激光切割能力不受被切材料的硬度影响。

 

再次，激光束可控性强，并有高的适应性和柔性，因而：

 

（1）与自动化设备相结合很方便，容易实现切割过程自动化；

 

（2）由于不存在对切割工件的限制，激光束具有无限的仿形切割能力；

 

（3）与计算机结合，可整张板排料，节省材料。    

 

 3、激光切割具有广泛的适应性和灵活性      与其它常规加工方法相比，激光切割具有更大的适应性。与其他热切割方法相比，同样作为热切割过程，别的方法不能象激光束那样作用于一个极小的区域，结果导致切口宽、热影响区大和明显的工件变形。激光能切割非金属，而其它热切割方法则不能。

 

四、气体参数的控制  

  

在实际的激光切割过程中，还要有辅助气体的参与。辅助气体不但可以将熔 渣及时吹走，还起到冷却工件和清洁透镜的作用，选用不同的辅助气体，更能够改变切割的速度及割缝表面质量，对特殊金属的切割具有重大意义。    

 

影响气体的参数包括气体类型、气体压力和喷嘴直径。

 

(1) 辅助气体类型。辅助气体类型有氧气、空气、氮气和氩气。氧气适合于厚板切割、高速切割和极薄板切割；空气适合于铝板、非金属及镀锌钢板的切割，在一定程度上它可以减少氧化膜且节省成本；氮气作为切割时的保护气体可防氧化膜发生，防止燃烧(在板料较厚时容易发生)；氩气用于钛金属切割。

 

(2)气体压力。气体压力分高压和低压两种,根据激光机的技术参数，高压最 大为20兆帕，低压最大为 5 兆帕。选择压力的依据有板料厚度、切割速度、熔化金属的粘度和激光功率。当料厚较大，切速较快，金属液体粽扯冉细呤,可选用高一些的压力；相反，对于薄料、慢速切割或液态粘度小的金属，则可选择适当的低压。功率较大时适当增加气体压力对冷却周围材料是有益的,它适用于有特殊要求的场合。不管选用怎样的压力，其原则都是在保证吹渣效果的前提下尽可能经济。

 

(3)喷嘴艟。喷嘴直径的选取与气体压力的选择原则上是一样的,但它还与切割方法有关。对于以氧气作为辅助气体的切割，由于金属的燃烧，割缝较宽，要想迅速有效地吹走熔渣，得选用大直径的喷嘴才行，对于采用脉冲切割的场合，割缝较小,不宜选用太大的喷嘴,在不能两全的情况下,通过调节喷嘴与切缝的距离也能起到一定的作用。常用的喷嘴直径是1.5和2.0的。

 

五、材料特性与激光加工的关系    

 

工羟可能是切缝干净，也可能相反，切缝底部挂渣或切缝上带有烧痕，其中很大的一部分是由材料引起的。影响切割质量的因素有：合金成分、材料显微结构、表面质量、表面处理、反射率、热导率、熔点及沸点。 

 

通常合金成分影响材料的强度﹑可焊性﹑高氧化性和耐腐蚀性，所以含碳量 越高越难切割；晶粒细小切缝品质好；如果材料表面有锈蚀，或有氧化层，熔化时因氧化层与金属的性质不同，使表面产生难熔的氧化物，也增加了熔渣，切缝会呈不规则状；表面粗造减少了反光度，提高热效率，经喷丸处理后切割质量要好许多。导热率低则热量集中，效率高。

  

因此，越是晶粒细小、表面粗糙、无锈蚀、导热率低的材料越容易加工，而含碳量高、表面有镀层或涂漆、反光率高的材料较难切割。含碳量高的金属多属于熔点比较高的金属，由于难以熔化，增加了切穿的时间。一方面它使得割缝加宽，表面热影响区扩大，造成切割质量的不稳定；另一方面，合金成分含量高，使液态金属的粘度增加，使飞溅和挂渣的比率提高，加工时对激光功率、气吹压力的调节都提出了更高的要求。镀层和涂漆加强的光的反射，使熔融因难；同时，也增加了熔渣的产生。

 

六、激光切割应注意的问题

 

前面分析了激光切割最主要的几个技术参数，它们决定了切割工艺的主要方 面，但并不是只要把握了这就一定能加工出高质量的产品，还有几个问题是特别需 要引起注意的：

 

1、切速的选择。激光切割的速度最大可达200—300mm/s，实际加工时往往只有最大速的 1/3 —1/2，因为速度越高，伺服机构的动态精度就越低，直接影响切割质量。有实验表明，切割圆孔时，切速越高，孔径越小，加工的孔圆度就越差。

 

2、切割的引线和尾线。在切割操作中，为了使割缝衔接良好，防止始端和终点烧伤，常常在切割开始和结束处各引一段过渡线，分别称作引线和尾线。引线和尾线对工件本身是没有, 因此要安排在工件范围之外，同时注意不能将引线设置在尖角等不易散热处。引线与割缝的连接尽量采用圆弧过渡，使机器运动平稳并避免转角停顿造成烧伤。

 

3、尖角的加工。用走圆弧加工出钝角。如有可能，避免加工没有圆弧的角。带圆弧的角有下列好处：

 

ａ）轴运动的动态性能好；

 

ｂ）热影响区小；

 

c）产生的毛刺少。

 

对于不带圆角的边角可以设定的最大半径是切缝宽度的一半。此时切割出来的边角是没有圆角的。

 

     图2：走圆弧法加工钝角    

 

用圆孔成角法在薄板上切割尖角。当在薄板上高速切割时，建议使用圆孔成角法切割尖角，它有下列好处：

 

ａ）切割尖角时，轴向变化均匀；

 

ｂ）切角时，切速恒定；

 

ｃ）防止了轴振动避免毛刺生成；

 

ｄ）尖角处的热影响区小。  

图3：圆孔成角法加工锐角    

 

用延时法在厚板上切割尖角。切割厚板时，如果还使用圆孔成角法，尖角周围会过热，此时应采用参/:“Critical angle ,dwell time”来切割尖角，机器运动到尖角处，停顿特定的时间，然后继续转向运动。

 

七、激光所用气体      

 

激光所用气体包括激光器工作和保护气体以及切割辅助气体。激光器工作气体用于产生激光，保护气体用于保护光学器件、驱动光闸。激光器工作气体由氦气、氮气、二氧化碳气体按照一定比例混合，这个比例在工厂预定好，确保最佳性能，不要随便调整，比例不当，可能会造成激光系统的失效和高压电源的损害。激光所用气体均为高纯度，均在 99.999%以上。

 

切割辅助气体主要是 N2 或 O2，有的材料切割可以使用压缩空气作为切割辅助气体。N2 切割的切割面比较光亮；O2 切割的切割面由于材料被氧化而发黑。切割辅助气体的纯度越高，切割面的质量越好。

   

表4：切割辅助气体

气体	纯度	备注
氮气	99.5%
氧气	99.5%
压缩空气	符合ISO8573-1 最大颗粒尺寸：5µm 最大凝聚物含量：5mg/m3 最大油含量：0.1mg/m3	无油空压机+冷冻干燥机（处理量1m3/min）