激光切割技術(shù)的應(yīng)用探討

李卓財(cái) 閔梁 蔣武 盧軍杰 劉功樹(shù)

摘 要：從1985年以來(lái)，中國(guó)都是以每年超過(guò)25%的速度增長(zhǎng)。激光治療技術(shù)在中國(guó)一直沒(méi)有發(fā)展到一定的高度，主要的原因在于這項(xiàng)技術(shù)在運(yùn)用上的“遲緩”，影響了技術(shù)在更大范圍被接受和使用。因此，在中國(guó)，激光切割技術(shù)具有很大的推廣應(yīng)用潛力。激光還可以切割鋁合金和高熔點(diǎn)材料。然而，由于它們對(duì)CO2激光的高反射率和高熱導(dǎo)率，它們必須在高功率密度下切割，因此它們必須使用高功率激光.由于我們國(guó)家是激光產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)落后，在激光加工的整體水平和先進(jìn)的國(guó)家相比還是很大的差距。激光切割技術(shù)是激光加工行業(yè)中最常用的應(yīng)用之一。激光技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展十分迅速的高新技術(shù)，具有巨大的市場(chǎng)潛力，是不可忽視的新興產(chǎn)業(yè)。本文論述了激光切割的原理，并分析了激光切割技術(shù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：激光切割技術(shù);應(yīng)用;探討

引言：

激光切割也是應(yīng)用最廣泛的激光加工技術(shù)之一。自從激光發(fā)明以來(lái)，它為加工金屬和非金屬材料提供了一種新的方法。占領(lǐng)了整個(gè)激光加工行業(yè)的70%以上。隨著新型激光的成功發(fā)展和新加工技術(shù)的普及，激光加工技術(shù)逐漸從實(shí)驗(yàn)室研發(fā)走向了工業(yè)應(yīng)用。未來(lái)的發(fā)展方向應(yīng)以高起點(diǎn)為基礎(chǔ)，在信息系統(tǒng)向數(shù)控系統(tǒng)轉(zhuǎn)移數(shù)控代碼，用于常規(guī)設(shè)備切割、激光切割、特殊材料激光切割等領(lǐng)域的關(guān)鍵共性技術(shù)研發(fā)。同時(shí)，它還具有切割縫薄、熱影響區(qū)小、切割時(shí)無(wú)噪音、切割邊緣垂直度好、切割過(guò)程易于自動(dòng)化控制等優(yōu)點(diǎn)。激光切割技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于各個(gè)國(guó)家和行業(yè)，尤其是發(fā)達(dá)國(guó)家。本文主要討論激光切割技術(shù)的應(yīng)用記憶。

1激光切割原理

1.1機(jī)理

激光切割是利用聚焦的高功率密度激光束照射材料表面，切割過(guò)程發(fā)生在切口末端的垂直表面上，這被稱為消融前沿。由于激光高度集中在一個(gè)小區(qū)域內(nèi)，可以產(chǎn)生大量的熱量使材料快速熔化，熱量很難散發(fā)到材料的其他部位，從而形成變形很小的缺口。通過(guò)與光束同軸的高速氣流將熔化的材料吹走，使被照射的材料快速熔化、汽化、燒蝕或達(dá)到燃點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)材料切割的熱切割方法。

1.2分類

氧氣輔助熔化切割是利用激光將工件加熱到其燃點(diǎn)，用氧氣或其他助燃?xì)怏w燃燒材料。輕切削大致可分為汽化切削、熔化切削、氧氣輔助熔化切削和控制斷裂切削，其中氧氣輔助熔化切削應(yīng)用最為廣泛。由于熱基板的點(diǎn)燃，同時(shí)產(chǎn)生除激光能量之外的另一個(gè)熱源，其也用作切割熱源[1]。

2激光切割技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

激光切割是應(yīng)用最廣泛的激光加工技術(shù)之一。自從激光發(fā)明以來(lái)，它為加工金屬和非金屬材料提供了一種新的方法。隨著新型激光的成功發(fā)展和新加工技術(shù)的普及，激光加工技術(shù)逐漸從實(shí)驗(yàn)室研發(fā)走向工業(yè)應(yīng)用。這是因?yàn)榻饘俦砻鎸?duì)激光的反射率高，導(dǎo)熱性好。因此，用激光切割金屬所需的平均功率相對(duì)較大。數(shù)控激光切割是一種理想的切割方法，代表了現(xiàn)代金屬加工技術(shù)的發(fā)展方向。我國(guó)激光材料加工行業(yè)起步較晚，激光加工整體水平相對(duì)落后。同時(shí)，激光束加工作為一種非接觸工具，沒(méi)有刀具磨損，沒(méi)有顫振。然而，激光切割非金屬材料發(fā)展迅速。激光研制成功后不久，就被用于切割材料。激光切割金屬材料發(fā)展緩慢。數(shù)控激光切割設(shè)備在國(guó)內(nèi)外有著極其廣闊的市場(chǎng)需求。近年來(lái)，由于激光輸出功率和激光使用壽命的不斷提高，這是因?yàn)榉墙饘俨牧系募す馕章矢?，吸熱率低，?dǎo)熱損耗低，沸點(diǎn)低。因此，幾乎所有入射光束能量都被吸收，材料迅速熔化蒸發(fā)。目前，該技術(shù)最廣泛使用的激光加工是表面熱處理。然而，在激光加工中占主導(dǎo)地位的激光切割仍處于起步階段。激光加工技術(shù)被廣泛應(yīng)用于材料切割、焊接、熱處理等技術(shù)領(lǐng)域[2]。

3激光切割技術(shù)在工業(yè)的應(yīng)用

3.1激光切割技術(shù)在金屬材料上的應(yīng)用

金屬材料是工程中應(yīng)用最廣泛的材料。然而，切口的嚴(yán)重氧化對(duì)切割質(zhì)量有一定的影響。但其塑性差，回彈大，成型工藝難度大。實(shí)驗(yàn)表明，切割厚度大于6mm的不銹鋼時(shí)，如果使用氧氣作為輔助吹氣，可以獲得更高的切割速度。金屬材料的激光切割研究是許多學(xué)者的首選。目前，該技術(shù)最廣泛使用的激光加工是表面熱處理。然而，在激光加工中占主導(dǎo)地位的激光切割仍然處于起步初級(jí)階段。激光切割技術(shù)最常見(jiàn)的應(yīng)用是切割金屬板。秦合金是航空航天工業(yè)經(jīng)常用到的一種金屬，它具有高強(qiáng)度、耐熱、耐腐蝕等特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)表明，用激光切割30mm厚的蜂窩結(jié)構(gòu)，切割速度達(dá)5m/min，而用鋸子切割速度僅0.1m/min。當(dāng)板材厚度小于12毫米時(shí)，切割速度高于上述兩種其他切割方法。激光還可以切割鋁合金和高熔點(diǎn)材料。然而，由于它們對(duì)CO2激光的高反射率和高熱導(dǎo)率，它們必須在高功率密度下切割，因此它們必須使用高功率激光[3]。

4激光切割技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

（1）三維多軸數(shù)控激光切割機(jī)，為了滿足汽車、航空等行業(yè)三維工件切割的需要，目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)出各種五軸或六軸三維激光切割機(jī)。未來(lái)的發(fā)展方向應(yīng)該是以高起點(diǎn)為基礎(chǔ)，在高速、高精度的信息系統(tǒng)中向數(shù)控系統(tǒng)轉(zhuǎn)移數(shù)控代碼，可用于常規(guī)設(shè)備切割、激光切割、大幅面北切、三維激光切割、特殊材料激光切割等領(lǐng)域的關(guān)鍵共性技術(shù)研發(fā)。我國(guó)加快對(duì)激光與3D打印技術(shù)的發(fā)展，將能大大推動(dòng)著我國(guó)經(jīng)濟(jì)模式的變革，從中國(guó)制造模式轉(zhuǎn)變?yōu)橹袊?guó)智造。在先進(jìn)國(guó)家的汽車生產(chǎn)線上，激光切割機(jī)器人的使用越來(lái)越多。

（2）隨著可用于激光切割的激光功率的增加，激光切割正從輕工業(yè)薄板的鈑金加工發(fā)展到切割重工業(yè)厚板。高速高精度激光切割機(jī)，由于大功率激光光束模式的改進(jìn)和32位微機(jī)的應(yīng)用，為高速高精度激光切割設(shè)備創(chuàng)造了有利條件。因此，在中國(guó)，激光切割技術(shù)具有很大的推廣應(yīng)用潛力。

（3）開(kāi)發(fā)該機(jī)組自動(dòng)化系統(tǒng)，必須依靠先進(jìn)的自動(dòng)控制、網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)輔助生產(chǎn)管理系統(tǒng)技術(shù)。為了提高生產(chǎn)率和節(jié)省勞動(dòng)力，激光切割正在向無(wú)人化、自動(dòng)化的激光切割單元發(fā)展。推動(dòng)著我國(guó)經(jīng)濟(jì)模式的變革，從中國(guó)制造模式轉(zhuǎn)變?yōu)橹袊?guó)智造。各種激光切割機(jī)組可供應(yīng)國(guó)外市場(chǎng)，一條以6臺(tái)大型激光切割機(jī)為核心的無(wú)人切割生產(chǎn)線在廠內(nèi)運(yùn)行[4]。

結(jié)語(yǔ)：

總而言之，雖然激光切割技術(shù)取得了很大的進(jìn)步，但是我們應(yīng)該繼續(xù)探索和研究，不斷使激光切割技術(shù)朝著自動(dòng)化、無(wú)人化、小型化和集成化的方向逐漸發(fā)展。我國(guó)在數(shù)控激光切割技術(shù)和設(shè)備上與國(guó)外有一定差距，但是近幾年以來(lái)發(fā)展迅速。目前，該技術(shù)最廣泛使用的激光加工是表面熱處理。然而，在激光加工中占主導(dǎo)地位的激光切割仍處于起步階段。激光技術(shù)不僅改變著我們的生活狀態(tài)，也促使著我們的經(jīng)濟(jì)和科技水平的提高。自從激光發(fā)明以來(lái)，它為加工金屬和非金屬材料提供了一種新的方法。隨著新型激光的成功發(fā)展和新加工技術(shù)的普及，激光加工技術(shù)逐漸從實(shí)驗(yàn)室研發(fā)走向工業(yè)應(yīng)用。講述了激光切割的原理，并且對(duì)其分析了激光切割技術(shù)的應(yīng)用。世界各國(guó)都重視著對(duì)激光技術(shù)的研究與發(fā)展應(yīng)用，我國(guó)更是從政策上予以扶持，從而形成產(chǎn)業(yè)化，滿足日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求。

參考文獻(xiàn)：

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[2]茹麗靖.淺談激光切割技術(shù)在汽車行業(yè)中的應(yīng)用[J].鍛造與沖壓，2020（06）：22-24.

[3]黃建鋒.激光切割技術(shù)在生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].紡織機(jī)械，2012（03）：40-41.

[4]王艷清.激光切割技術(shù)的深入研究與應(yīng)用[J].四川建材，2012，38（03）：252-254.

[5]趙殿甲.激光切割技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展[J].煤礦機(jī)械，2006（08）：5-6.