激光加工技术详解2
一般来说，激光切割质量可以由以下6个标准来衡量。
⒈切割表面粗糙度Rz
⒉切口挂渣尺寸
⒊切边垂直度和斜度u
⒋切割边缘圆角尺寸r
⒌条纹后拖量n
⒍平面度F
应用范围
大多数激光切割机都由数控程序进行控制操作或做成切割机器人。激光切割作为一种精密的加工方法，几乎可以切割所有的材料，包括薄金属板的二维切割或三维切割。
在汽车制造领域，小汽车顶窗等空间曲线的切割技术都已经获得广泛应用。德国大众汽车公司用功率为500W的激光器切割形状复杂的车身薄板及各种曲面件。在航空航天领域，激光切割技术主要用于特种航空材料的切割，如钛合金、铝合金、镍合金、铬合金、不锈钢、氧化铍、复合材料、塑料、陶瓷及石英等。用激光切割加工的航空航天零部件有发动机火焰筒、钛合金薄壁机匣、飞机框架、钛合金蒙皮、机翼长桁、尾翼壁板、直升机主旋翼、航天飞机陶瓷隔热瓦等。
激光切割成形技术在非金属材料领域也有着较为广泛的应用。不仅可以切割硬度高、脆性大的材料，如氮化硅、陶瓷、石英等；还能切割加工柔性材料，如布料、纸张、塑料板、橡胶等，如用激光进行服装剪裁，可节约衣料10%～12%，提高功效3倍以上。
材料分析
结构钢
该材料用氧气切割时会得到较好的结果。当用氧气作为加工气体时，切割边缘会轻微氧化。对于厚度达4mm的板材，可以用氮气作为加工气体进行高压切割。这种情况下，切割边缘不会被氧化。厚度在10mm以上的板材，对激光器使用特殊较板并且在加工中给工件表面涂油可以得到较好的效果。
不锈钢
在可以接受切割端面氧化的情况下可使用氧气；使用氮气以得到无氧化无毛刺的边缘，就不需要再作处理了。在板材表面涂层油膜会得到更好的穿孔效果，而不降低加工质量。
铝
尽管有高反射率和热传导性，厚度6mm以下的铝材可以切割，这取决于合金类型和激光器能力。当用氧切割时，切割表面粗糙而坚硬。用氮气时，切割表面平滑。纯铝因为其高纯非常难切割，只有在系统上安装有“反射吸收”装置的时候才能切割铝材。否则反射会毁坏光学组件。
钛
钛板材用氩气和氮气作为加工气体来切割。其它参数可以参考镍铬钢。
铜和黄铜
两种材料都具有高反射率和非常好的热传导性。厚度1mm以下的黄铜可以用氮气切割；厚度2mm以下的铜可以切割，加工气体必须用氧气。只有在系统上安装有“反射吸收”装置的时候才能切割铜和黄铜。否则反射会毁坏光学组件。
CO2切割
优点
CO2激光切割技术比其他方法的优点是：
切割质量好
切口宽度窄（一般为0.1--0.5m m）、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），切缝一般不需要再加工即可焊接。
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，变形较小。
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**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。但是就以上显著的优点足以证明：CO2激光切割已经和正在取代一部分传统的切割工艺方法，特别是各种非金属材料的切割。它是发展迅速，应用日益广泛的一种先进加工方法。
九十年代以来，由于中国社会主义市场经济的发展，企业间竞争激烈，每个企业必须根据自身条件正确选择某些先进制造技术以提高产品质量和生产效率。因此CO2激光切割技术在中国获得了较快的发展。
激光切割加工技术详解
激光切割技术是利用高能量密度的激光束加热工件，使温度迅速上升，在非常短的时间内达到材料的沸点，材料开始汽化，形成蒸气。这些蒸气的喷出速度很大，在蒸气喷出的同时，在材料上形成切口。
简介
利用激光切割设备可切割4mm以下的不锈钢，在激光束中加氧气可切割20mm厚的碳钢，但加氧切割后会在切割面形成薄薄的氧化膜。切割的较大厚度可增加到20mm，但切割部件的尺寸误差较大。
激光切割设备的价格相当贵，约150万元以上。但是，由于降低了后续工艺处理的成本，所以，在大生产中采用这种设备还是可行的。由于没有刀具加工成本，所以激光切割设备也适用生产小批量的原先不能加工的各种尺寸的部件。激光切割设备通常采用计算机化数字控制技术(CNC)装置，采用该装置后，就可以利用电话线从计算机辅助设计(CAD)工作站来接受切割数据。
原理
激光切割是利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点，同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，从而实现将工件割开。激光切割属于热切割方法之一。
激光切割可分为激光汽化切割、激光熔化切割、激光氧气切割和激光划片与控制断裂四类。
激光汽化切割
利用高能量密度的激光束加热工件，使温度迅速上升，在非常短的时间内达到材料的沸点，材料开始汽化，形成蒸气。这些蒸气的喷出速度很大，在蒸气喷出的同时，在材料上形成切口。材料的汽化热一般很大，所以激光汽化切割时需要很大的功率和功率密度。
激光汽化切割多用于较薄金属材料和非金属材料(如纸、布、木材、塑料和橡皮等)的切割。
激光熔化切割
激光熔化切割时，用激光加热使金属材料熔化，然后通过与光束同轴的喷嘴喷吹非氧化性气体(Ar、He、N等)，依靠气体的强大压力使液态金属排出，形成切口。激光熔化切割不需要使金属完全汽化，所需能量只有汽化切割的1/10。
激光熔化切割主要用于一些不易氧化的材料或活性金属的切割，如不锈钢、钛、铝及其合金等。
激光氧气切割
激光氧气切割原理类似于氧乙炔切割。它是用激光作为预热热源，用氧气等活性气体作为切割气体。喷吹出的气体一方面与切割金属作用，发生氧化反应，放出大量的氧化热;另一方面把熔融的氧化物和熔化物从反应区吹出，在金属中形成切口。由于切割过程中的氧化反应产生了大量的热，所以激光氧气切割所需要的能量只是熔化切割的1/2，而切割速度远远大于激光汽化切割和熔化切割。
激光氧气切割主要用于碳钢、钛钢以及热处理钢等易氧化的金属材料。
激光划片与控制断裂
激光划片是利用高能量密度的激光在脆性材料的表面进行扫描，使材料受热蒸发出一条小槽，然后施加一定的压力，脆性材料就会沿小槽处裂开。激光划片用的激光器一般为Q开关激光器和CO2激光器。
控制断裂是利用激光刻槽时所产生的陡峭的温度分布，在脆性材料中产生局部热应力，使材料沿小槽断开。
特点
激光切割与其他热切割方法相比较，总的特点是切割速度快、质量高。具体概括为如下几个方面。
⑴ 切割质量好
由于激光光斑小、能量密度高、切割速度快，因此激光切割能够获得较好的切割质量。
① 激光切割切口细窄，切缝两边平行并且与表面垂直，切割零件的尺寸精度可达±0.05mm。
② 切割表面光洁美观，表面粗糙度只有几十微米，甚至激光切割可以作为最后一道工序，*机械加工，零部件可直接使用。
③ 材料经过激光切割后，热影响区宽度很小，切缝附近材料的性能也几乎不受影响，并且工件变形小，切割精度高，切缝的几何形状好，切缝横截面形状呈现较为规则的长方形。
⑵ 切割效率高
由于激光的传输特性，激光切割机上一般配有多台数控工作台，整个切割过程可以全部实现数控。操作时，只需改变数控程序，就可适用不同形状零件的切割，既可进行二维切割，又可实现三维切割。
⑶ 切割速度快
用功率为1200W的激光切割2mm厚的低碳钢板，切割速度可达600cm/min;切割5mm厚的聚丙烯树脂板，切割速度可达1200cm/min。材料在激光切割时不需要装夹固定，既可节省工装夹具，又节省了上、下料的辅助时间。
⑷ 非接触式切割
激光切割时割炬与工件无接触，不存在工具的磨损。加工不同形状的零件，不需要更换“刀具”，只需改变激光器的输出参数。激光切割过程噪声低，振动小，无污染。
⑸ 切割材料的种类多
与氧乙炔切割和等离子切割比较，激光切割材料的种类多，包括金属、非金属、金属基和非金属基复合材料、皮革、木材及纤维等。但是对于不同的材料，由于自身的热物理性能及对激光的吸收率不同，表现出不同的激光切割适应性。
⑹ 缺点
激光切割由于受激光器功率和设备体积的限制，激光切割只能切割中、小厚度的板材和管材，而且随着工件厚度的增加，切割速度明显下降。
激光切割设备费用高，一次性投资大。
主要特性
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**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。切边受热影响很小，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。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、纸等易燃材料切割使用惰性汽体。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**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，都可以进行无变形切割。当然，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能方便切割不同形状与尺寸的工件，它往往比冲切、模压工艺更被**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。
无接触加工
激光束聚焦后形成具有较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较小的区域内，可提供
⑴狭的直边割缝；⑵较小的邻近切边的热影响区；⑶较小的局部变形。
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⑴工件无机械变形；⑵无刀具磨损，也谈不上刀具的转换问题；⑶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，任何硬度的材料都可以切割。再次，激光束可控性强，并有高的适应性和柔性，因而⑴与自动化设备相结合很方便，容易实现切割过程自动化；⑵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；⑶与计算机结合，可整张板排料，节省材料。
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。首先，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较小的区域，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。
国内激光产业现状及应用产业链分析
世界上**台激光器诞生于1960年，我国也于1961年研制出**台激光器，距今已有半个世纪了。50年来，激光技术与应用发展迅猛，已与多个学科相结合形成多个应用技术领域，比如光电技术，激光医疗与生物光子学、激光加工技术、激光检测与计量技术、激光全息技术、激光光谱分析技术、非线性光学、**快激光学、激光化学、**光学、激光雷达、激光制导、激光分离同位素、激光可控核聚变、激光武器等等。
这些交叉技术与新的学科的出现，大大地推动了传统产业和新兴产业的发展。经过近50年的艰苦努力，我国激光技术研究获得重大突破，激光产业也从无到有，我国激光加工产业一直呈指数增长，成为我国科学技术应用领域中较活跃的产业之一。
目前，全国共有5个**激光技术研究中心，10多个研究机构；有21个省、市生产和销售激光产品，常年有定型产品生产和销售、并形成一定规模的单位有200多家。
目前国内激光企业主要集中在湖北、、江苏、上海、和广东(含深圳、珠海特区)等经济发达省市。已基本形成以上述省市为主体的华中、环渤海湾、长江三角洲、珠江三角洲四大激光产业群，激光晶体、关键元器件、配套件、激光器、激光系统、应用开发、公共服务平台已形成较完整的激光产业链。
激光应用主要分为工业、医疗、商业、科研、信息和军事六个领域。我国激光加工产业规模十几年间增长了近500多倍。在工业激光应用中，主要有材料加工和测量控制两大类。
激光材料加工则是利用激光束与物质相互作用的特性对材料(包括金属与非金属)进行激光切割、激光焊接、激光表面处理、激光打孔、激光微加工和激光标刻。
激光材料加工技术是涉及到光、机、电、算、材料及检测等多门学科的一门综合技术。发展激光技术，推动激光应用，我们不能只从某一方面来谈，而是要综合这些学科全盘考虑。为了便于描述和研究，抓住典型，我们以激光产业链为主线索来谈激光技术的发展，但激光产业链也还是一个大课题，我主要分析工业激光应用系统的产业链。
工业激光应用系统的产业链应该由下面四个方面组成：激光应用、激光加工系统、激光器和激光配件。可以看到，每一个激光应用领域都可以形成一个产业链，每一个产业链一定包括激光加工系统、激光器和激光配件。现在，较成熟的激光产业链应该是工业激光应用的产业链，它包括激光切割产业链、激光焊接产业链、激光打标产业链、激光表面处理产业链、激光打孔产业链等等。
所以任何一个小的产业链都有它自身的发展过程和特点，该链中的每一个环节都很重要，任何一个环节发展不充分或发展滞后，这个产业链就不完整，就很难得到蓬勃发展。
我国激光加工应用分类，激光切割占21.84%，激光标记占45.35%，激光焊接占11.4%，三者合计占78.59%。为了将产业链的环节分析清楚，作为典型案例，我主要对工业激光应用较重要的激光切割产业链、激光焊接产业链、激光打标产业链等三个产业链和各组成部分进行详细分析，找出我们在这些产业链里的优势和问题，并指出我们应该如何突破瓶颈，壮大产业链，做大做强我们的激光产业。
一、激光切割产业链
目前，激光切割应用包括高功率二氧化碳激光切割机、中小功率二氧化碳激光切割机、Nd:YAG激光切割机，另一个近来较热门的应用是高功率光纤激光切割机。一般来说，5mm以上钢板主要用二氧化碳激光器，但5mm以下的切割用Nd:YAG激光器的越来越多，这些得益于高功率Nd:YAG激光器越来越成熟。
非金属材料主要用1000W以下的二氧化碳激光器。我国激光加工设备中激光切割设备规模约为15亿元人民币，其中中小功率激光切割设备市场规模为4.02亿元，而中小功率激光切割加工设备以低价位的玻璃管激光切割加工设备为主，约占中小功率激光切割加工设备85.57%的市场份额，约为3.44亿元。所以主要的切割应用还是二氧化碳激光切割机和Nd:YAG激光切割机。
激光切割适用于汽车行业、计算机、电气机壳、木刀模业、各种金属零件和特殊材料的切割，如圆形锯片、压克力、弹簧垫片、2mm以下的电子机件用铜板、一些金属网板、钢管、镀锡铁板、镀亚铅钢板、磷青铜、电木板、薄铝合金、石英玻璃、硅橡胶、1mm以下氧化铝陶瓷片、航天工业使用的钛合金等等。
从产业链的角度来说，激光切割应用主要包括激光切割工艺和激光切割机。切割工艺研究主要包括材料、检测和分析，几乎所有的研究都在大专院校和研究所，企业则主要做一些简单的切割试验，没有完善的仪器和分析手段，更多的靠反复试验和简单的分析方法，如放大镜看看，用手摸摸，很少去分析材料成分的变化。
目前国内有很强的激光切割机生产能力，包括设计制造切割系统、导光系统工作台运动系统及其关键零部件，也有很强的软件开发能力，生产高功率二氧化碳激光切割机典型企业包括武汉法利莱、楚天激光、上海团结普瑞玛、深圳大族等，但切割机中的二氧化碳激光器和聚焦镜则大部分依靠进口，切割机中几乎一半的成本是激光器，所以我们基本上是在中国“打洋工”，很大部分利润被外国公司拿走了。
就高功率二氧化碳激光器的功率指标来看，武汉科威晶可以生产高达4kW的激光器和正在开发7kW激光器，南京东方可以生产4kW激光器，南京通快可以生产3200W激光器。
但这些公司含有合资或引进国外技术的成分，激光器中的关键零部件也是依靠进口，比如风机和谐振腔镜片等。在低功率二氧化碳激光切割应用中，我国是产销量较大的国家，不仅**国内市场，并且大量出口，形成了较成熟的中小功率二氧化碳激光切割机产业链，包括系统集成、激光器生产和相关的激光配件。
典型厂家有武汉众泰、三工、金运、东莞粤铭、济南金威刻等，但我们的产品也是以低端的直流激励的玻璃管二氧化碳激光器为主，价格低，品质一般，而高端的射频激励二氧化碳激光器只有南京晨锐达一家可以生产和供应市场，但产量很小，较高功率只有50W。
值得庆幸的是，与之相关的激光配件如光学元器件、运动系统和控制软件等已经相当成熟。
高功率Nd:YAG激光切割是近年来中国激光产业发展较快的一个新型产业链，主要动力来源于薄钢板切割和高功率Nd:YAG激光器发展的相对成熟。
在5mm以下钢板切割中，使用固体激光器切割机整体投资较低，适合中小企业自主采购。现在主要用的是500W脉冲固体激光器，该激光器相关的产业如激光电源、金属和陶瓷泵浦腔等也发展比较成熟，质量也已达到产业化要求。
激光器和配件的主要厂家有武汉新特、中谷、华泽宏大等，典型激光切割机厂家有武汉华俄、奥华、华工激光、天琪、金运、广州瑞通等，武汉在全国具有优势，在开发生产高功率固体激光器和切割机的厂家也比较多。主要元器件都是国产的，所有产品在价格上很有优势。目前，攻关主要是在高功率下怎样获得高光束质量和高峰值功率，以便取得更好的切割质量。
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