激光加工是指利用激光进行打孔、切割、焊接以及激光热处理的一种加工方法。当激光工作物质受到光泵的激发后，吸收特定波长的光，在一定条件下可形成工作物质中亚稳态粒子数的反转。此刻，有少数激发粒子自发辐射造成光放大，并通过谐振腔的反馈作用产生光振荡，由谐振腔的一端输出激光，通过透镜将激光聚焦射到被加工表面，获得10‘-10Hw/cm2的功率密度以及10000℃以上的高湿，从而在千分之几秒内使各种物质熔化和气化，最终达到加工目的，如图1。

　　图1固体激光器加工示意图

　　激光加工的主要特点为：激光加工的能量密度高，几乎可以加工所有材料;可以加工小孔、窄缝，擅长于微细加工;不需要刀具模具、准备时间短;不需要真空环境，不产生X射线，无污染。激光加工最常见的为激光打孔和切割技术。

　　激光打孔不需要加工工具，适合于自动化连续打孔。激光打孔的孔径可以小到0.0lmm左右，且深度与孔径比可达到5以上，孔的成形法有两种，一种是复制法，即将光束形状复制到加工表面;另一种是轮麻法，即被加工表面的形状由光束和被加工零件相对位移的轨迹决定，以实现孔切割成形。

　　激光切割与打孔的原理基本相同，它是利用高能激光束照射在工件表面，使被照射区域局部熔化、气化、从面达到切割工件的目的。激光是经专用光学系统聚焦后成为一个非常小的光点，能量密度高，因而可对一些硬度比较高的材料如硬质合金、陶瓷、金刚石等进行切割。与打孔不同之处是工件与激光束相对移动，一般都是工件移动，且向加工区高速喷射惰性气体，吹掉熔融物;激光束扫过后形成一条切缝，这就是激光切割。

　

　　激光切割技术具有灵活、高效、变形小、噪音低以及清洁、安全的优点，在板材加工领域得到一定的应用。如果某板材产品生产周期短、更新快，就意味着制造厂必须具有快速应变能力。板材柔性加工单元(FMC)具有高度独立和自动化的加工能力，适应了产品快速变化的要求，激光切割技术兼具紧凑和高速、柔性特点。

　　很多零件存在深孔、方孔、异形孔、复杂轮廓曲线等特征。如按常规机械加工方法，这是很难以实现的任务，只有依靠线切割、电火花等加工方法。而对于大尺寸、数量多的零件，电加工方法很不经济。与这些方法比较，激光切割是非接触式的，对工件本身无机械冲压力，工件不易变形，热影响极小，激光束的能量和轨迹易于实现精密控制，因而可完成精密复杂的加工。它可以在薄金属板上打出直径0.2mm的细小深孔，打孔精度高、重复性好，能够在斜面上打斜孔、异形孔。激光切割对一定范围内的厚板、薄板均可进行切割，省料、切割速度快、效率高、不变形。激光切割在机械加工业和五金业以及电子行业已经得到比较广泛的应用。

　　激光切割机是利用激光技术和数控技术设计而成的一种自动化设备，具有安全、稳定等特点。它可对金属或非金属板材、管材进行非接触切割。

　

　　激光切割加工未来可能的主要应用场景，主要跟其本身的加工能力，加工效果有很大的关系。早期的激光切割加工设计出来主要解决了，薄板切割的速度和质量，所以在一些经常需要金属薄板切割的场景应用非常广泛。不过随着科技的发展，激光切割加工的功率也越来越高，可以切割的厚度也比以前增加了不少。所以了解激光切割加工未来可能的主要应用场景，就要结合现在判断未来的激光切割加工特点。

　　激光切割技术具有以下特点：

　　激光切割加工具有切割速度快、变形小、省料、噪音小的优势，加工精度高，可切割任意形状。板材越薄越好，可加工饭金件厚度与激光器的功率有密切关系。激光切割加工比较适用于大型机箱、机柜、框架、部分面板、其它精度不高的钣金件的加工。

　　如果需要提高精度，需要增加加工余量。相对数控冲压，激光切割机价格较高，应考虑回收周期和维护成本。我们知道，产品高质量、资源的最大化利用、简单的物流、快捷通畅的供货是制造厂经营的根本思路。由于紧凑、柔性、高速，激光切割技术在机械加工业和五金业以及电子行业已经得到了比较广泛的应用。

　　激光切割机的加工料厚与激光器功率有密切关系，功率越大，可以切割板材越厚;同时与工件材料亦有关系，低熔点、低导热率的金属加工难度大。与普通切割设备相比，激光切割机一般价格、使用成本、维护成本较高，每小时约100元以上。

　

　　l、激光切割机床的技术特点和其他切割方法相比，激光切割加工具有如下优势：

　　是一种高能量密度可控性好的无接触加工;切割速度高。切割钢件时其切割工效提高8~20倍、热影响区极小、工件变形量最小、切割边缘粗糙度极小，无须再精加工、切割后不产生熔瘤，无须去毛刺、切缝极窄，且尺寸恒定，可以实现严格的配合公差。可以在高硬度、高脆性材料上打出高精度孔，它的加工效率是电火花加工效率的l2~l5倍，是机械钻孔效率的200倍，而且还便于加工微孔、群孔和异形孔等。节省材料。节省材料l5%~30%，可大幅度降低生产成本，且加工精度较高，产品质量稳定可靠。

　　2、激光切割加工范围

①激光切割加工的范围较广，可以切割金属材料，如低碳钢、工具钢、不锈钢、铝及铝合金等，非金属材料，如纸板、木材、皮革、玻璃、陶瓷等。

　　②激光切割加工不仅可以加工不同种类的材料，还可以加工从薄板到厚板不同厚度的材料。

　　③激光切割加工还可以加工不同形状的零件，无论形状简单还是复杂。

　　3、激光与材料的相互作用激光与材料相互作用过程分为如下几个阶段：

　　A、无热或基本光学阶段。这个阶段由于吸收成热甚低，不能用于一般的热加工。

　　B、相变点以下加热(T

　　C、在相变点以上但低于熔点加热(Ts

　　D、在熔点以上，但低于汽化点加热(Tm

　　E、汽化点以上加热——等离子体现象。这个阶段激光使材料汽化，形成等离子体。

4、切割过程激光光束的高功率密度，使得被切割的材料迅速地被加热，熔化，甚至部分或全部蒸发掉。与此同时，与激光光束同轴的喷射气流又把这些材料从切缝中吹出。切口质量和切割边缘的好坏，不仅取决于机床的设计，而且还同聚焦装置的进给量或工件的进给量，或者两者综合的因素有关。

5焦点位置聚焦焦点可能位于被切割材料的上方，表面或表面下方，这主要取决于不同材料和厚度的要求。焦点的位置可以自动调节，且焦点自动调节系统可以保证在整个工作范围内的焦点位置保持恒定。

　

　　影响切割质量的因素切割时，对切割质量的要求包括：切边窄，切边平行度好、切制表面光洁和切缝背面无粘渣，另外，还应要求切边热损伤小以及切口处轮廓清晰。工件在切割前，应预先考虑激光切割的可行性以及切割过程中可能碰到的主要问题。影响切割质量的因素很多，其主要因素包括：工艺参数、光束参数、工件特性及其它因素。主要工艺参数及其控制工件在切割前，应预先考虑激光切割的可行性以及切割过程中可能碰到的主要问题。影响切割质量的因素很多，其主要因素由以下工艺参数构成：

　　(l)切割速度

　　对给定的激光功率密度和材料，材料的切割速度与激光功率密度成正比，与被切材料的密度和厚度成反比。在保持其它参数不变的情况下，提高气割速度的因素是：

　　提高功率;

　　改善光速模式(如从高阶模到低阶模直至TEMon);

　　减小聚焦光斑尺寸(如采用短焦距透镜聚焦);

　　切割低起始蒸发能的材料;

　　切割低密度材料：

　　切割薄型材料。

　　(2)焦点位置

　　由于激光功率密度对切割速度影响很大，透镜焦长的选择是个重要问题。一般情况下，短焦长透镜适用于高速切割薄型材料，而长焦长透镜则适用于切割厚工件。在确定使用何种焦长的透镜以后，焦点与工件表面的相对位置对保证切割质量尤为重要。由于焦点处功率密度最高，在大多情况下，切割时焦点位置刚处于工件表面，或稍微在表面下。在整个切割过程中，确保焦点与工件相对位置恒定是获得切割质量的重要条件。当焦点处于最佳位置时，割缝最小，效率最高，最佳切割速度可获得最佳切割结果。

　　(3)辅助气体压力

　　一般情况下，材料切割都需要使用辅助气体。对非金属材料和部分金属材料，使用压缩空气或惰性气体;对大多数金属材料则使用活性气体(主要是氧气，且氧气的纯度对切割质量有明显的影响)。在确定辅助气体的前提下，气体压力大小是个极为重要的因素，当高速切割薄型材料时，需要较高的气体压力以防止切口背面粘渣(因为热渣粘到工件上还会损伤切边)。当材料厚度增加或切割速度较慢时，则气体压力宜适当降低。为了防止塑料切边霜化，也以较低气体压力切割为好。

　　(4)激光输出功率

　　对连续波输出的激光器来说，激光功率大小和模式好坏都会对切割发生重要影响。实际操作时，常设置最大功率，以获得较高的切割速度，或用以切割较厚材料。但光速模式有时显得更加重要。在小于最大功率状况下，焦点处常获得最高功率密度，并获得最佳切割质量。

　

激光切割加工的质量是公认的，无论是精度还是切割面都比其他很多切割方式要好很多。因此客户都开始转向这种速度快、效果好的切割方式。但是很多人发现，激光切割加工同样的产品，有的厂家切割质量特别好，有的特别差。这其实和工人的操作有关，因为影响激光切割交给你质量的因素非常多，每一项都要注意，这次我们了解激光切割加工中光束参数和工件特性对质量的影响，减少加工中遇见的质量问题。

　　1、光束参数对切割质量的影响

　　(l)模式模式直接与光束的聚焦能力有关，相当于机械切制刀具的尖锐度。最低阶模或基模以TEMn表示。其断面光束能量分布近似与高斯曲线分布。具有这种模式的光束可聚焦到最小的光斑尺寸和有限场深的能量密度。

　　(2)输出功率

　　若其它变量(如功率分布、光斑尺寸等)不变，提高功率可增加切割速度或能切割较厚新面的材料。

　　(3)稳定性切割质量要靠应用始终一致的光束能量和质量来保证。所以激光输出的稳定性是切割的一大关键因素。它包括保持不被动的输出能量(功率稳定性)、一致的光束质量(模式稳定性)和光路准直稳定性。另外还包括激光束的偏振、激光束的聚焦和脉冲被光束。

　　2、工件特性对切割质量的影响工件的特性是影响切制质量甚至决定能否切割的最关键因素。工件的特性指材料表面反射率和材料表面状态。

　　3、其他因素对切割质量的影响

　　(1)割矩和喷嘴的影响

　　(2)外光路系统的影响

　　(3)工件固定

　

　　激光加工是先进制造技术之。它是利用高能密度激光束对各种材料进行加工的一种方法。所用设备是光机电一体化的系统。目前工业生产中成功应用的工艺有，打孔、打标、切别、焊接、快速成形、表面处理等。我院从八十年代初开始研究激光加工枝术和开发激光加工系统，是我国最早从事激光加工技术研究的单位之一。

激光切割技术的应用与发展

　　八十年代初，我国的工作重心开始转向经济建设。但由于资金短缺，引进设备少，对国外产品的本平、性能缺乏了解。国内研制的横流CO;激光器虽然能量大，但光束模式差，只能应用于表面处理、因此诸如气缸或气缸套等零件的内表面处理技术及应用发展极快。最多时每年有上百台系统投入生产。我院也界计生产了20多套激光热处理系统。九十年代后，由于社会主义市场经济体削的发展，企业问竞争日趋激烈，每个企业必须根据自身条件采用某些先进制造技术以提高产品质量及生产效率，因此。激光打标、激光切制技术在世界和我国获得了较快的发展，特别是大功率CO。激光切割系统的销售量显著增加。根据美国激光应用的权感杂志“Industrial

Laser

Solutuorns”2000年的年度报告统计;2008年全世界共销售的激光切割系统(主要是CO。激光切制系统)为3325台，11.74亿美元。其中美洲占920台、欧洲占1295台、亚洲及世界其它地区占1ll0台【1997年为810台)。比1997年增长了375。

　　写据我国的不完全统计，至2008年全国累计拥有激光切割系统250台，占全世界拥有量的1;(全世界累计拥有量为25000台。其中80u是近年来购买的进口激光切割系统。目前国内配套生产激光切割系统的主要单位有：济商铸银所数控机核公司、上海团结百超数控激光设备公司、沈阳普瑞玛激光切割机公司及我院锐利精达激光技术公司等，预计年生产能力超过30台。