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2光切割工业应用及其关键技术

CO2激光切割是用聚焦镜将CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化,同

时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料,并使激光束与材料沿一

定轨迹作相对运动,从而形成一定形状的切缝。随着CO2激光器及数控技术

的不断完善和发展,目前已成为工业上板材切割的一种先进的加工方法。

引言

一、

CO2激光切割是用聚焦镜将CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化,同

时用与激光束同轴的辅助气体吹走被熔化的材料,并使激光束与材料沿一

定轨迹作相对运动,从而形成一定形状的切缝。从二十世纪七十年代以来随

着CO2激光器及数控技术的不断完善和发展,目前已成为工业上板材切割

的一种先进的加工方法。在五、六十年代作为板材下料切割的主要方法中：

对于中厚板采用氧乙炔火焰切割；对于薄板采用剪床下料,成形复杂零件大

批量的采用冲压,单件的采用振动剪。七十年代后,为了改善和提高火焰切

割的切口质量,又推广了氧乙烷精密火焰切割和等离子切割。为了减少大型

冲压模具的制造周期,又发展了数控步冲与电加工技术。各种切割下料方法

都有其有缺点,在工业生产中有一定的适用范围。

CO2激光切割技术比其他方法的明显优点是：

（1）切割质量好。切口宽度窄（一般为0.1--0.5mm）、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--25m）,切缝一般不需要再加工即可焊接

（2）切割速度快。例如采用2KW激光功率,8mm厚的碳钢切割速度为

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2mm厚的不锈钢切割速度为5m/min,热影响区小,变形极小。

（3）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激光切割不可能超过电加工；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,由于我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激光切割技术在我国获得了较快的发展。

二、CO2激光切割的工业应用

世界第一台CO2激光切割机是二十世纪七十年代的诞生的。三十多年

来,由于应用领域的不断扩大,CO2激光切割机不断改进,目前国际国内已

有多家企业从事生产各种CO2激光切割机以满足市场的需求,有二维平板

切割机、

三、CO2激光切割的几项关键技术是光、机、电一体化的综合技术。

激光束的参数、机器与数控系统的性能和精度都直接影响激光切割的

效率和质量。特别是对于切割精度较高或厚度较大的零件,必须掌握和解决

以下几项关键技术：

1、焦点位置控制技术：

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,一般100W/cm2。由于能量

密度与4/d2成正比,所以焦点光斑直径尽可能的小,以便产生一窄的切

缝；同时焦点光斑直径还和透镜的焦深成正比。聚焦透镜焦深越小,焦点光

斑直径就越小。但切割有飞溅,透镜离工件太近容易将透镜损坏,因此一般

大功率CO2激光切割工业应用中广泛采用5〃~7.5〃的焦距。实际焦点光

斑直径在0.1~0.4mm之间。对于高质量的切割,有效焦深还和透镜直径及被

切材料有关。例如用5〃的透镜切碳钢,焦深为焦距的+2%范围内,即5mm左

右。因此控制焦点相对于被切材料表面的位置十分重要。顾虑到切割质量、

切割速度等因素原则上6mm的金属材料,焦点在表面上；6mm的碳钢,焦点

在表面之上；不锈钢,焦点在表面之下。具体尺寸由实验确定。

2.切割穿孔技术：

任何一种热切割技术,除少数情况可以从板边缘开始外,一般都必须在

板上穿一小孔。早先在激光冲压复合机上是用冲头先冲出一孔,然后再用激

光从小孔处开始进行切割。对于没有