激光切割
原理:激光切割是利用經(jīng)聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料*熔化、汽化、燒蝕或達(dá)到燃點(diǎn)，同時(shí)借助與光束同軸的高速氣流吹除熔融物質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)將工件割開。激光切割屬于熱切割方法之一。
分類:激光切割可分為激光汽化切割、激光熔化切割、激光氧氣切割和激光劃片與控制斷裂四類。
1）激光汽化切割
利用高能量密度的激光束加熱工件，使溫度*上升，在非常短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到材料的沸點(diǎn)，材料開始汽化，形成蒸氣。這些蒸氣的噴出速度很大，在蒸氣噴出的同時(shí)，在材料上形成切口。材料的汽化熱一般很大，所以激光汽化切割時(shí)需要很大的功率和功率密度。
激光汽化切割多用于較薄金屬材料和非金屬材料（如紙、布、木材、塑料和橡皮等）的切割。
2）激光熔化切割
激光熔化切割時(shí)，用激光加熱使金屬材料熔化，然后通過與光束同軸的噴嘴噴吹非氧化性氣體（Ar、He、N等），依靠氣體的強(qiáng)大壓力使液態(tài)金屬排出，形成切口。激光熔化切割不需要使金屬*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屬的切割，如不銹鋼、鈦、鋁及其合金等。
3）激光氧氣切割
激光氧氣切割原理類似于氧乙炔切割。它是用激光作為預(yù)熱熱源，用氧氣等活性氣體作為切割氣體。噴吹出的氣體一方面與切割金屬作用，發(fā)生氧化反應(yīng)，放出大量的氧化熱；另一方面把熔融的氧化物和熔化物從反應(yīng)區(qū)吹出，在金屬中形成切口。由于切割過程中的氧化反應(yīng)產(chǎn)生了大量的熱，所以激光氧氣切割所需要的能量只是熔化切割的1/2，而切割速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于激光汽化切割和熔化切割。激光氧氣切割主要用于碳鋼、鈦鋼以及熱處理鋼等易氧化的金屬材料。
4）激光劃片與控制斷裂
激光劃片是利用高能量密度的激光在脆性材料的表面進(jìn)行掃描，使材料受熱蒸發(fā)出一條小槽，然后施加一定的壓力，脆性材料就會(huì)沿小槽處裂開。激光劃片用的激光器一般為Q開關(guān)激光器和CO2激光器。
控制斷裂是利用激光刻槽時(shí)所產(chǎn)生的陡峭的溫度分布，在脆性材料中產(chǎn)生局部熱應(yīng)力，使材料沿小槽斷開。
特點(diǎn)
激光切割與其他熱切割方法相比較，總的特點(diǎn)是切割速度快、質(zhì)量高。具體概括為如下幾個(gè)方面。
激光切割與其他熱切割方法相比較，總的特點(diǎn)是切割速度快、質(zhì)量高。具體概括為如下幾個(gè)方面。
⑴ 切割質(zhì)量好
由于激光光斑小、能量密度高、切割速度快，因此激光切割能夠獲得較好的切割質(zhì)量。
① 激光切割切口細(xì)窄，切縫兩邊平行并且與表面垂直，切割零件的尺寸精度可達(dá)±0.05mm。
② 切割表面光潔美觀，表面粗糙度只有幾十微米，甚至激光切割可以作為最后一道工序，*機(jī)械加工，零部件可直接使用。
③ 材料經(jīng)過激光切割后，熱影響區(qū)寬度很小，切縫附近材料的性能也幾乎不受影響，并且工件變形小，切割精度高，切縫的幾何形狀好，切縫橫截面形狀呈現(xiàn)較為規(guī)則的長方形。激光切割、氧乙炔切割和等離子切割方法的比較見表1，切割材料為6.2mm厚的低碳鋼板。
⑵ 切割效率高由于激光的傳輸特性，激光切割機(jī)上一般配有多臺(tái)數(shù)控工作臺(tái)，整個(gè)切割過程可以全部實(shí)現(xiàn)數(shù)控。操作時(shí)，只需改變數(shù)控程序，就可適用不同形狀零件的切割，既可進(jìn)行二維切割，又可實(shí)現(xiàn)三維切割。
⑶ 切割速度快
用功率為1200W的激光切割2mm厚的低碳鋼板，切割速度可達(dá)600cm/min；切割5mm厚的聚丙烯樹脂板，切割速度可達(dá)1200cm/min。材料在激光切割時(shí)不需要裝夾固定，既可節(jié)省工裝夾具，又節(jié)省了上、下料的輔助時(shí)間。
⑷ 非接觸式切割
激光切割時(shí)割炬與工件無接觸，不存在工具的磨損。加工不同形狀的零件，不需要更換“刀具”，只需改變激光器的輸出參數(shù)。激光切割過程噪聲低，振動(dòng)小，無污染。
⑸ 切割材料的種類多
與氧乙炔切割和等離子切割比較，激光切割材料的種類多，包括金屬、非金屬、金屬基和非金屬基復(fù)合材料、皮革、木材及纖維等。但是對(duì)于不同的材料，由于自身的熱物理性能及對(duì)激光的吸收率不同，表現(xiàn)出不同的激光切割適應(yīng)性。采用CO2激光器，各種材料的激光切割性能見表2。
⑹ 缺點(diǎn)激光切割由于受激光器功率和設(shè)備體積的限制，激光切割只能切割中、小厚度的板材和管材，而且隨著工件厚度的增加，切割速度明顯下降。
激光切割設(shè)備費(fèi)用高，一次性投資大。
主要特性
切縫窄工件變形小
激光束聚焦成很小的光點(diǎn)，使焦點(diǎn)處達(dá)到很高的功率密度。這時(shí)光束輸入的熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)**過被材料、傳導(dǎo)或擴(kuò)散的部分，材料很快加熱至汽化程度，蒸發(fā)形成孔洞。隨著光束與材料相對(duì)線性移動(dòng)，使孔洞連續(xù)形成寬度很窄的切縫。切邊受熱影響很小，基本沒有工件變形。
切割過程中還添加與被切材料相適合的輔助汽體。鋼切割時(shí)利用氧作為輔助汽體與熔融金屬產(chǎn)生放熱化學(xué)反應(yīng)氧化材料，同時(shí)幫助吹走割縫內(nèi)的熔渣。切割聚丙烯一類塑料使用壓縮空氣，棉、紙等易燃材料切割使用惰性汽體。進(jìn)入噴嘴的輔助汽體還能冷卻聚焦透鏡，防止煙塵進(jìn)入透鏡座內(nèi)污染鏡片并導(dǎo)致鏡片過熱。
大多數(shù)有機(jī)與無機(jī)材料都可以用激光切割。在工業(yè)制造系統(tǒng)占有份量很重的金屬加工業(yè)，許多金屬材料，不管它是什么樣的硬度，都可以進(jìn)行無變形切割。如金、銀、銅和鋁合金，它們也是好的傳熱導(dǎo)體，因此激光切割很困難，甚至不能切割。激光切割無毛刺、皺折、精度高，優(yōu)于等離子切割。對(duì)許多機(jī)電制造行業(yè)來說，由于微機(jī)程序控制的現(xiàn)代激光切割系統(tǒng)能方便切割不同形狀與尺寸的工件，它往往比沖切、模壓工藝更被優(yōu)先選用；盡管它加工速度還慢于模沖，但它沒有模具消耗，無須修理模具，還節(jié)約更換模具時(shí)間，從而節(jié)省了加工費(fèi)用，降低了生產(chǎn)成本，所以從總體上考慮是更合算的。
無接觸加工
激光束聚焦后形成具有較強(qiáng)能量的很小作用點(diǎn)，把它應(yīng)用于切割有許多特點(diǎn)。首先，激光光能轉(zhuǎn)換成驚人的熱能保持在較小的區(qū)域內(nèi)，可提供⑴狹的直邊割縫；⑵較小的鄰近切邊的熱影響區(qū)；⑶較小的局部變形。其次，激光束對(duì)工件不施加任何力，它是無接觸切割工具，這就意味著⑴工件無機(jī)械變形；⑵無刀具磨損，也談不上刀具的轉(zhuǎn)換問題；⑶切割材料無須考慮它的硬度，也即激光切割能力不受被切材料的硬度影響，任何硬度的材料都可以切割。再次，激光束可控性強(qiáng)，并有高的適應(yīng)性和柔性，因而⑴與自動(dòng)化設(shè)備相結(jié)合很方便，*實(shí)現(xiàn)切割過程自動(dòng)化；⑵由于不存在對(duì)切割工件的限制，激光束具有無限的仿形切割能力；⑶與計(jì)算機(jī)結(jié)合，可整張板排料，節(jié)省材料。
適應(yīng)性和靈活性
與其它常規(guī)加工方法相比，激光切割具有更大的適應(yīng)性。首先，與其他熱切割方法相比，同樣作為熱切割過程，別的方法不能象激光束那樣作用于一個(gè)較小的區(qū)域，結(jié)果導(dǎo)致切口寬、熱影響區(qū)大和明顯的工件變形。激光能切割非金屬，而其它熱切割方法則不能。
一般來說，激光切割質(zhì)量可以由以下6個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來衡量。
⒈切割表面粗糙度Rz
⒉切口掛渣尺寸
⒊切邊垂直度和斜度u
⒋切割邊緣圓角尺寸r
⒌條紋后拖量n
⒍平面度F
應(yīng)用范圍
大多數(shù)激光切割機(jī)都由數(shù)控程序進(jìn)行控制操作或做成切割機(jī)器人。激光切割作為一種精密的加工方法，幾乎可以切割所有的材料，包括薄金屬板的二維切割或三維切割。
激光切割成形技術(shù)在非金屬材料領(lǐng)域也有著較為廣泛的應(yīng)用。不僅可以切割硬度高、脆性大的材料，如氮化硅、陶瓷、石英等；還能切割加工柔性材料，如布料、紙張、塑料板、橡膠等，如用激光進(jìn)行服裝剪裁，可節(jié)約衣料10%～12%，提高功效3倍以上。
激光的特點(diǎn)
（一）定向發(fā)光
　　普通光源是向四面八方發(fā)光。要讓發(fā)射的光朝一個(gè)方向傳播，需要給光源裝上一定的聚光裝置，如汽車的車前燈和探照燈都是安裝有聚光作用的反光鏡，使輻射光匯集起來向一個(gè)方向射出。激光器發(fā)射的激光，天生就是朝一個(gè)方向射出，光束的發(fā)散度較小，大約只有0.001弧度，接**行。1962年，人類*一次使用激光照射月球，地球離月球的距離約38萬公里，但激光在月球表面的光斑不到兩公里。若以聚光效果很好，看似平行的探照燈光柱射向月球，按照其光斑直徑將覆蓋整個(gè)月球。
（二）亮度較高
　　在激光發(fā)明前，人工光源中高壓脈沖氙燈的亮度較高，與太陽的亮度不相上下，而紅寶石激光器的激光亮度，能**過氙燈的幾百億倍。因?yàn)榧す獾牧炼容^高，所以能夠照亮遠(yuǎn)距離的物體。紅寶石激光器發(fā)射的光束在月球上產(chǎn)生的照度約為0.02勒克斯（光照度的單位），顏色鮮紅，激光光斑明顯可見。若用功率較強(qiáng)的探照燈照射月球，產(chǎn)生的照度只有約一萬億分之一勒克斯，人眼根本無法察覺。激光亮度較高的主要原因是定向發(fā)光。大量光子集中在一個(gè)較小的空間范圍射出，能量密度自然較高。激光的亮度與陽光之間的比值是**的，而且它是人類創(chuàng)造的。 　激光的顏色 　激光的顏色取決于激光的波長，而波長取決于發(fā)出激光的活性物質(zhì)，即被刺激后能產(chǎn)生激光的那種材料。刺激紅寶石就能產(chǎn)生深玫瑰色的激光束，它應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，比如用于皮膚病的**和外科手術(shù)。公認(rèn)較貴重的氣體之一的氬氣能夠產(chǎn)生藍(lán)綠色的激光束，它有諸多用途，如激光印刷術(shù)，在顯微眼科手術(shù)中也是不可缺少的。半導(dǎo)體產(chǎn)生的激光能發(fā)出紅外光，因此我們的眼睛看不見，但它的能量恰好能"**"激光唱片，并能用于光纖通訊。 　激光分離技術(shù) 　激光分離技術(shù)主要指激光切割技術(shù)和激光打孔技術(shù)。激光分離技術(shù)是將能量聚焦到微小的空間，可獲得105~1015W/cm2較高的輻照功率密度，利用這一高密度的能量進(jìn)行非接觸、高速度、高精度的加工方法。在如此高的光功率密度照射下，幾乎可以對(duì)任何材料實(shí)現(xiàn)激光切割和打孔。激光切割技術(shù)是一種擺脫傳統(tǒng)的機(jī)械切割、熱處理切割之類的全新切割法，具有更高的切割精度、更低的粗糙度、更靈活的切割方法和更高的生產(chǎn)效率等特點(diǎn)。激光打孔方法作為在固體材料上加工孔方法之一，已成為一項(xiàng)擁有特定應(yīng)用的加工技術(shù)，主要運(yùn)用在航空、航天與微電子行業(yè)中。
　　（三）顏色較純
　　光的顏色由光的波長（或頻率）決定。一定的波長對(duì)應(yīng)一定的顏色。太陽光的波長分布范圍約在0.76微米至0.4微米之間，對(duì)應(yīng)的顏色從紅色到紫色共7種顏色，所以太陽光談不上單色性。發(fā)射單種顏色光的光源稱為單色光源，它發(fā)射的光波波長單一。比如氪燈、氦燈、氖燈、氫燈等都是單色光源，只發(fā)射某一種顏色的光。單色光源的光波波長雖然單一，但仍有一定的分布范圍。如氖燈只發(fā)射紅光，單色性很好，被譽(yù)為單色性**，波長分布的范圍仍有0.00001納米，因此氖燈發(fā)出的紅光，若仔細(xì)辨認(rèn)仍包含有幾十種紅色。由此可見，光輻射的波長分布區(qū)間越窄，單色性越好。 　激光器輸出的光，波長分布范圍非常窄，因此顏色較純。以輸出紅光的氦氖激光器為例，其光的波長分布范圍可以窄到2×10^-9納米，是氪燈發(fā)射的紅光波長分布范圍的萬分之二。由此可見，激光器的單色性遠(yuǎn)遠(yuǎn)**過任何一種單色光源。
　　（四）能量密度較大
　　光子的能量是用E=hv來計(jì)算的，其中h為普朗克常量，v為頻率。由此可知，頻率越高，能量越高。激光頻率范圍3.846*10^(14)Hz到7.89510(14)Hz.電磁波譜可大致分為： 　（1）無線電波——波長從幾千米到0.3米左右，一般的電視和無線電廣播的波段就是用這種波； 　（2）微波——波長從0.3米到10^-3米，這些波多用在雷達(dá)或其它通訊系統(tǒng)； 　（3）紅外線——波長從10^-3米到7.8×10^-7米； 　（4）可見光——這是人們所能感光的較狹窄的一個(gè)波段。波長從780—380nm。光是原子或分子內(nèi)的電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變時(shí)所發(fā)出的電磁波。由于它是我們能夠直接感受而察覺的電磁波較少的那一部分； 　（5）紫外線——波長從3 ×10^-7米到6×10^-10米。這些波產(chǎn)生的原因和光波類似，常常在放電時(shí)發(fā)出。由于它的能量和一般化學(xué)反應(yīng)所牽涉的能量大小相當(dāng)，因此紫外光的化學(xué)效應(yīng)較強(qiáng)； 　（6）倫琴射線—— 這部分電磁波譜，波長從2×10^-9米到6×10^-12米。倫琴射線（X射線）是電原子的內(nèi)層電子由一個(gè)能態(tài)跳至另一個(gè)能態(tài)時(shí)或電子在原子核電場(chǎng)內(nèi)減速時(shí)所發(fā)出的； 　（7）伽馬射線——是波長從10^-10～10^-14米的電磁波。這種不可見的電磁波是從原子核內(nèi)發(fā)出來的，放射性物質(zhì)或原子核反應(yīng)中常有這種輻射伴隨著發(fā)出。γ射線的穿透力很強(qiáng)，對(duì)生物的破壞力很大。由此看來，激光能量并不算很大，但是它的能量密度很大（因?yàn)樗淖饔梅秶苄。话阒挥幸粋€(gè)點(diǎn)），短時(shí)間里聚集起大量的能量，用做武器也就可以理解了。
　　編輯本段激光的其他特性
　　激光有很多特性：**，激光是單色的，或者說是單頻的。有一些激光器可以同時(shí)產(chǎn)生不同頻率的激光，但是這些激光是互相隔離的，使用時(shí)也是分開的。其次，激光是相干光。相干光的特征是其所有的光波都是同步的，整束光就好像一個(gè)“波列”。再次，激光是高度集中的，也就是說它要走很長的一段距離才會(huì)出現(xiàn)分散或者收斂的現(xiàn)象。 　激光（LASER）是上世紀(jì)60年代發(fā)明的一種光源。LASER是英文的“受激放射光放大”的首字母縮寫。激光器有很多種，尺寸大至幾個(gè)足球場(chǎng)，小至一粒稻谷或鹽粒。氣體激光器有氦－氖激光器和氬激光器；固體激光器有紅寶石激光器；半導(dǎo)體激光器有激光二極管，像CD機(jī)、DVD機(jī)和CD-ROM里的那些。每一種激光器都有自己*特的產(chǎn)生激光的方法。
激光發(fā)展趨勢(shì)：激光切割指采用激光發(fā)射性光束在產(chǎn)品上面打孔，根據(jù)水平移動(dòng)來對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的縫隙稱為激光切割，激光可以在多產(chǎn)品材料上面切割，如亞克力、刀模板、布料、皮革等行業(yè)都能運(yùn)用激光進(jìn)行切割，因此激光切割是一種在多行業(yè)切割的新型方案。對(duì)于這樣一種新型的切割方法，相對(duì)于傳統(tǒng)切割有著什么樣的優(yōu)勢(shì)呢，下面光博士帶您分析下。
激光是利用物質(zhì)激發(fā)產(chǎn)生光，這種光帶有強(qiáng)烈的溫度，在接觸材料時(shí)候，能夠*的在材料表面融化，形成打孔，根據(jù)對(duì)位對(duì)點(diǎn)的移動(dòng)形成了切割，因此這樣的一種切割方法相對(duì)于傳統(tǒng)的切割方法，縫隙更小，更能夠省去大部分材料，然而根據(jù)切割效果來定義分析，根據(jù)激光進(jìn)行切割的材料，其切割效果能夠滿意，**度又高，這是繼承了激光的優(yōu)勢(shì)，也是普通切割方式不能夠媲美的。
相對(duì)于傳統(tǒng)切割方式中，激光切割更易懂、易學(xué)、在商家需求的加工效果，速度方面都有著**的優(yōu)勢(shì)，因此相信在未來的切割方式選擇中，激光切割機(jī)將是大眾的需求。
激光切割加工是指采用激光設(shè)備來給產(chǎn)品進(jìn)行加工，這種模式是針對(duì)那種初入激光行業(yè)，并且小型的加工戶，然而這種模式在現(xiàn)今的社會(huì)都不提倡了，因?yàn)榧す庠O(shè)備的價(jià)格不再是那種高高在上的設(shè)備了，完美的技術(shù)發(fā)展，優(yōu)良的加工精細(xì)，使得現(xiàn)今的激光設(shè)備不再是那樣的昂貴，因?yàn)樗鼈兊脑O(shè)備有針對(duì)行業(yè)性的，這樣能夠省去了以往那種**的大功率設(shè)備加工，現(xiàn)今的小功率設(shè)備也能進(jìn)行加工了，這讓這些想購買激光切割機(jī)的加工不在需要借用他人的設(shè)備進(jìn)行加工了，激光切割加工模式逐漸被取代了，這是必然性。