激光切割机激光参数对加工效果的影响机理研究

激光切割机激光参数对加工效果的影响机理研究

张文召 王春锋

一拖（洛阳）福莱格车身有限公司 471000

摘要：激光切割技术以其高精度、高效率和低变形等优点，在金属加工领域得到广泛应用。当前研究热点集中在研究激光参数如激光功率、波长、脉冲频率和辅助气体等对加工效果的影响机理，以便优化加工工艺，提高生产效率和产品质量。

关键词：激光切割机；激光参数；加工效果

引言

激光切割技术作为一种高精度、高效率的加工方法，已在工业领域得到广泛应用。然而，激光切割的加工效果受到多种因素的影响，其中激光参数是至关重要的因素之一。针对不同材料和加工要求，合理选择和调整激光参数对于获得理想的加工效果至关重要。

1.激光参数对加工效果的重要性

激光参数对加工效果具有重要影响，激光功率直接关系到能量密度，影响材料的熔化和汽化情况，进而影响切割速度和质量。激光波长会影响对材料的吸收深度，不同波长下对材料的加工效果有所差异。脉冲频率则影响熔池的形成和凝固过程，对切割边缘质量和速度有显著影响。辅助气体的选择和流量会影响熔融物质的移除和切割口的清晰度。精准控制激光参数能够在保证加工效率的同时，实现对加工质量的精细调控，满足不同工件的加工需求。对激光参数与加工效果的深入理解，有助于优化加工工艺，提高生产效率，降低加工成本，拓展激光切割技术在工业领域的应用范围，促进工业制造的进步与发展。因此，研究激光参数对加工效果的影响机理具有重要的实用价值和应用前景。

2.激光参数与加工效果的关系

2.1激光功率对切割质量的影响

激光功率是影响切割质量的重要参数之一，较低的激光功率可能无法完全穿透材料，导致切割质量下降，边缘变形严重；而过高的激光功率则容易造成材料熔化过度、烧损或产生裂纹，影响切割边缘的光滑度和精度。在选择激光功率时，需要综合考虑材料种类、厚度、切割速度等因素，以确保在适当的功率范围内获得最佳的切割质量。激光功率还与切割速度密切相关，过高或过低的功率会影响切割速度，进而影响加工效率。实际操作时，常常设置最大功率以获得高的切割速度或用以切割较厚的材料。对金属材料，其他工艺变量保存不变，激光切割速度可以有一个相对调节范围而仍能保持较满意的切割质量。合理调节激光功率可以实现对切割质量的有效控制，提高切割精度，减少材料损耗，从而促进激光切割技术在工业生产中的应用。深入研究激光功率对切割质量的影响机理，有助于优化切割工艺，提高生产效率，降低成本，并推动激光切割技术的不断发展与完善。

2.2激光波长对切割速度的影响

激光波长是影响切割速度的重要参数之一，不同材料对激光波长的吸收率有所差异，因此选择合适的激光波长可以提高切割速度。对于特定材料，选择其吸收率较高的波长可以实现更高的切割速度。此外，激光波长还与材料的热传导性质相关，影响着激光能量在材料中的传播和吸收情况。通过调节激光波长，可以影响材料的熔化、汽化和烧蚀等过程，从而影响切割速度。然而，需要注意的是，选择较短的波长可能会导致热影响区较小，切割质量提高，但同时也会增加对光学系统的要求，增加设备成本。因此，在实际应用中需要进行综合考虑并进行权衡。深入研究激光波长对切割速度的影响机理，有助于优化激光切割工艺，提高生产效率，降低切割成本，并推动激光切割技术在工业领域的进一步应用与发展。

2.3脉冲频率对切割精度的影响

脉冲频率是影响激光切割精度的重要参数之一，脉冲频率即激光发射的脉冲次数，它对熔融池的形成和凝固过程具有显著影响。较低的脉冲频率可能导致熔融池冷却不足，凝固时间较长，从而使得切缝宽度增大，影响切割精度；而较高的脉冲频率则可能导致熔融池形成不完整，凝固时间较短，同样会影响切割精度。在选择脉冲频率时，需要结合材料性质、切割速度等因素进行综合考虑，以确保获得最佳的切割精度。脉冲频率还影响着激光束在工件表面上的照射密度和能量分布情况，进而影响切割效果。通过精确控制脉冲频率，可以实现对激光切割过程的精细调控，提高切割精度，适应不同材料及加工要求。深入研究脉冲频率对切割精度的影响机理，有助于优化激光切割工艺，提高生产效率，降低加工成本，促进激光切割技术在工业领域的广泛应用。脉冲频率作为影响切割精度的重要参数，其研究具有重要的理论意义和应用价值。

2.4辅助气体对切割质量的影响

辅助气体在激光切割中扮演着至关重要的角色，对切割质量有着显著的影响。辅助气体可以有效冷却熔融区域，防止材料过热及氧化，从而改善切割边缘的质量。不同的辅助气体种类和流量会对切割过程产生不同影响，如氧气可以促进金属氧化反应，适合用于氧化易剥离的金属；氮气可减少氧气与金属的反应，适合用于不易氧化的金属材料。辅助气体还是将熔融物质从切割槽中移除的主要手段，它可以清除熔化的材料残余，避免切割边缘产生毛刺或气孔，提高切割质量。辅助气体的选择还会影响激光束与工件表面的相互作用，调节激光束的焦点位置和形状，进一步影响切割过程中的能量传递和吸收情况，从而影响切割质量和速度。在激光切割过程中，合理选择和精确控制辅助气体种类、流量和压力等参数，能够显著提高切割质量，保证切割边缘的光滑度和精度。深入研究辅助气体对切割质量的影响机理，有助于优化激光切割工艺，提高生产效率，降低加工成本，推动激光切割技术在工业领域的广泛应用。例如：大多数金属激光切割则使用活性气体（氧气），形成与灼热金属发生氧化放热反应，这部分附加热量可提高切割速度1/3—1/2。辅助气体作为激光切割过程中不可或缺的因素，其研究具有重要的实际意义和科研价值。

3.展望未来激光切割技术的发展方向

未来激光切割技术的发展方向包括但不限于以下几个方面：激光切割技术将更加广泛地应用于新材料和特殊材料的加工领域，包括复合材料、高强度钢、镍基合金等，以满足航空航天、汽车制造、船舶建造等行业对高性能材料加工的需求。随着智能制造的发展，激光切割技术将与其他先进制造技术如机器人、大数据、人工智能等结合，实现自动化、高效率的生产线，并在个性化定制、柔性生产等方面发挥重要作用。此外，激光切割技术在精细加工领域将不断深化，包括微纳米级加工、超快激光加工等，满足微电子器件、生物医药器械等领域对高精度加工的需求。激光切割技术还将在绿色环保方面不断改进，减少废料产生、降低能耗和环境污染。通过提高激光切割设备的智能化程度，实现对激光参数、加工过程的实时监测和调控，以及对设备的远程智能维护，进一步提高设备的运行稳定性和工作效率。同时，激光切割系统也会朝着紧凑型、高集成度、高可靠性的方向发展，满足用户对设备占地面积、维护成本等方面的需求。未来激光切割技术的发展方向是多元化、智能化和绿色化，旨在满足不同领域对材料加工的高要求，提高工业制造的精度和效率，为产业升级和优化提供强有力的支持。

结束语

激光切割技术的不断发展和创新将为制造业带来新的机遇与挑战。随着科技的不断进步，激光切割将变得更加精准、高效和环保。未来，激光切割技术将不断拓展应用领域，实现更广泛的材料加工与精密加工，推动工业制造向智能化、灵活化发展，为人们的生产生活带来更多便利与可能。期待着激光切割技术在未来的发展中展现出更加耀眼的光芒。

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