李卓財 閔梁 蔣武 盧軍杰 劉功樹

摘 要：從1985年以來，中國都是以每年超過25%的速度增長。激光治療技術(shù)在中國一直沒有發(fā)展到一定的高度，主要的原因在于這項技術(shù)在運用上的“遲緩”，影響了技術(shù)在更大范圍被接受和使用。因此，在中國，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材料。然而，由于它們對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的國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)是近年來發(fā)展十分迅速的高新技術(shù)，具有巨大的市場潛力，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，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)逐漸從實驗室研發(fā)走向了工業(yè)應(yīng)用。未來的發(fā)展方向應(yīng)以高起點為基礎(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，它還具有切割縫薄、熱影響區(qū)小、切割時無噪音、切割邊緣垂直度好、切割過程易于自動化控制等優(yōu)點。激光切割技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于各個國家和行業(yè)，尤其是發(fā)達國家。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、燒蝕或達到燃點，從而實現(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，用氧氣或其他助燃氣體燃燒材料。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。由于熱基板的點燃，同時產(chǎn)生除激光能量之外的另一個熱源，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，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)逐漸從實驗室研發(fā)走向工業(yè)應(yīng)用。這是因為金屬表面對激光的反射率高，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。我國激光材料加工行業(yè)起步較晚，激光加工整體水平相對落后。同時，激光束加工作為一種非接觸工具，沒有刀具磨損，沒有顫振。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)備在國內(nèi)外有著極其廣闊的市場需求。近年來，由于激光輸出功率和激光使用壽命的不斷提高，這是因為非金屬材料的激光吸收率高，吸熱率低，導(dǎo)熱損耗低，沸點低。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，切口的嚴重氧化對切割質(zhì)量有一定的影響。但其塑性差，回彈大，成型工藝難度大。實驗表明，切割厚度大于6mm的不銹鋼時，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階段。激光切割技術(shù)最常見的應(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，它具有高強度、耐熱、耐腐蝕等特點。實驗表明，用激光切割30mm厚的蜂窩結(jié)構(gòu)，切割速度達5m/min，而用鋸子切割速度僅0.1m/min。當板材厚度小于12毫米時，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材料。然而，由于它們對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

（1）三維多軸數(shù)控激光切割機，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)開發(fā)出各種五軸或六軸三維激光切割機。未來的發(fā)展方向應(yīng)該是以高起點為基礎(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)。我國加快對激光與3D打印技術(shù)的發(fā)展，將能大大推動著我國經(jīng)濟模式的變革，從中國制造模式轉(zhuǎn)變?yōu)橹袊窃?。在先進國家的汽車生產(chǎn)線上，激光切割機器人的使用越來越多。

（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，由于大功率激光光束模式的改進和32位微機的應(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，激光切割技術(shù)具有很大的推廣應(yīng)用潛力。

（3）開發(fā)該機組自動化系統(tǒng)，必須依靠先進的自動控制、網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)和計算機輔助生產(chǎn)管理系統(tǒng)技術(shù)。為了提高生產(chǎn)率和節(jié)省勞動力，激光切割正在向無人化、自動化的激光切割單元發(fā)展。推動著我國經(jīng)濟模式的變革，從中國制造模式轉(zhuǎn)變?yōu)橹袊窃?。各種激光切割機組可供應(yīng)國外市場，一條以6臺大型激光切割機為核心的無人切割生產(chǎn)線在廠內(nèi)運行[4]。

結(jié)語：

總而言之，雖然激光切割技術(shù)取得了很大的進步，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)朝著自動化、無人化、小型化和集成化的方向逐漸發(fā)展。我國在數(shù)控激光切割技術(shù)和設(shè)備上與國外有一定差距，但是近幾年以來發(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)濟和科技水平的提高。自從激光發(fā)明以來，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)逐漸從實驗室研發(fā)走向工業(yè)應(yīng)用。講述了激光切割的原理，并且對其分析了激光切割技術(shù)的應(yīng)用。世界各國都重視著對激光技術(shù)的研究與發(fā)展應(yīng)用，我國更是從政策上予以扶持，從而形成產(chǎn)業(yè)化，滿足日益增長的市場需求。

參考文獻：

[1]暢雪蘋，王丹丹，王謙.淺析激光切割技術(shù)的應(yīng)用[J].汽車實用技術(shù)，2020，45（17）：127-129.

[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].煤礦機械，2006（08）：5-6.