激光切割是一種應(yīng)用最廣泛的激光加工技術(shù)。其工業(yè)應(yīng)用始于20世紀(jì)70年代初，最初用在硬木板上切非穿透槽，嵌刀片，制造沖剪紙箱板的模具。隨著激光器件和加工技術(shù)的進(jìn)步，其應(yīng)用領(lǐng)域逐步擴(kuò)大到低碳鋼、不銹鋼等金屬和木材、增強(qiáng)塑料、陶瓷、石英、石材等非金屬板材的切割，應(yīng)用規(guī)模也不斷擴(kuò)大。

測(cè)試區(qū)陶瓷塊

1. 激光切割機(jī)理

激光切割是利用聚焦的高功率密度激光束輻照工件，在一定的激光功率密度下，激光束的能量大部分被材料吸收，由此引起工件局部溫度的急劇上升，達(dá)到熔點(diǎn)后材料開始汽化，并形成孔洞，隨著激光束與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，最終使得材料形成切口，切口處的熔渣被一定的輔助氣流吹走。根據(jù)被切材料和切割參數(shù)的不同，激光切割主要有以下三種方式：汽化切割、熔化切割、反應(yīng)熔化切割。

(1)汽化切割
在汽化切割過(guò)程中，切口部分材料以蒸汽或殘?jiān)男问脚懦?，這是切割不熔化材料，如木材、碳和某些塑料的基本形式。

(2)熔化切割
這是金屬板材切割的基本形式。當(dāng)被切材料受到較低功率密度的激光作用時(shí)，主要是發(fā)生熔化而不是汽化。

(3)反應(yīng)熔化切割
如果不采用惰性氣體，而采用氧氣或其他反應(yīng)氣體吹氣，和被切材料產(chǎn)生放熱反應(yīng)，則在除激光輻照之外，還提供了另一個(gè)切割所需的能量。

隨著激光束的定向移動(dòng)，具有高功率密度的激光束能夠很快地將局部加熱，從而迅速地切斷陶瓷材料，并可以切割出任意曲線輪廓的復(fù)雜零件。

2 . 激光切割工藝參數(shù)

光束特性主要包括功率、模式、偏振性和穩(wěn)定性；裝置和加工參數(shù)主要包括傳輸光路的設(shè)計(jì)、進(jìn)給速度、輔助氣體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、輔助氣體的種類和壓力及與材料相關(guān)的特性，包括熱物理性能參數(shù)、厚度、密度等和基本光學(xué)性質(zhì)。其中激光功率、模式、偏振性、焦點(diǎn)位置、切割速度、輔助氣體和材料本身的性質(zhì)是主要的影響因素，下面就這些參數(shù)進(jìn)行分析。

(1)功率：工業(yè)用切割激光器輸出功率從幾百瓦到上千瓦不等。

(2)模式：激光束剖面能量分布稱為模式，用TEM mn。表示。研究指出，激光的模式?jīng)Q定了光束能量在三維空間的分布。光束剖面的形狀決定了最終的加工性能，大多數(shù)激光的模式是基模或近基模，呈高斯分布或近高斯分布，具有聚焦區(qū)域小、功率密度高等特點(diǎn)。
(3)偏振性：與任何形式的電磁波傳輸一樣，激光束具有電和磁的分矢量，它們相互垂直并與光束前進(jìn)方向成直角。

(4)焦點(diǎn)位置：焦距影響焦斑直徑和焦深。短焦距加工時(shí)，焦斑直徑小，功率密度高，切割速度高，表面粗糙度低，切口窄，但是焦深較短，使得切口不直，上下切口的表面粗糙度相差較大，因此，僅適合薄材料切割。

(5)切割速度：激光切割的生產(chǎn)率和切割速度密切相關(guān)。切割速度決定了激光切割所需的時(shí)間以及材料可以吸收的能量。

(6)輔助氣體：氣流輔助激光切割陶瓷，激光束與氣流共軸，氣流的作用有三個(gè)：清除切口處產(chǎn)生的煙霧和燃燒時(shí)的碎屑，防止污染光學(xué)系統(tǒng)；吹走切口碎屑和燃燒廢氣，使得激光能量直接作用于工件上，加強(qiáng)了激光切割作用；如用氧氣代替空氣，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)可在工件切口起到助燃作用。

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本文“激光切削”由科眾陶瓷編輯整理，修訂時(shí)間：2017-03-20 14:00:40
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激光切削