第一部分 激光切割的原理和功能
一、激光切割的原理
激光切割是由电子放电作为供给能源，通过 He、N2、CO2 等混合气体为激发媒介，利用反射镜组聚焦产生激光光束，从而对材料进行切割。
激光切割的过程：在数控程序的激发和驱动下，激光发生器内产生出特定模式和类型的激光，经过光路系统传送到切割头，并聚焦于工件表面，将金属熔化；同时, 喷嘴从与光束平行的方向喷出辅助气体将熔渣吹走；在由程控的伺服电机驱动下，切割头按照预定路线运动，从而切割出各种形状的工件。 123 4 5 1—激光器；2—激光束；6 3—全反射棱镜；4—聚焦物镜； 5—工件；6—工作台 图1：激光切割示意图
二、机床结构
SLCF-X15×40F数控激光切割机是意大利普瑞玛（PRIMA）工业公司的主导机型——悬臂式飞行光路结构的激光切割机，加工板材尺寸为1500×4000毫米，配有交换工作台。
（一） 该机型的主要特点如下：
悬臂式开式结构，可从三个方向上下料，人机接近性极好，可放置超长超宽的
板材。
可移动式切割工作台与主机分离，柔性大。可加装焊接、切管等功能。
精密传动部件不在切割区域内，防护容易，也不会由于工作台及床身切割热变
形影响机床的精度。
从根本上消除了电器双边同步锁产生的误差，避免了横梁的扭动，使得光路稳
定，切割精度提高。
配有高速的Z轴系统，同时可通过数控系统控制辅助气体的压力、流量等，大
大提高了加工效率。
新型的PM—400V2.0智能化编程软件，具有蛙跳、共边切割、优化套排料、高
效穿孔、尖角处理等功能。
具有先进的多腔分室除尘系统，比单纯的抽风系统除尘效果更高。
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光大激光 激光切割加工基础知识 版本号：V1.0 编号： 第 2 页 共 31 页
（二）机床的结构主要由以下几部分组成： 1、床身
全部光路安置在机床的床身上，床身上装有横梁、切割头支架和切割头工具，通过特殊的设计，消除在加工期间由于轴的加速带来的振动。机床底部分成几个排气腔室，当切割头位于某个排气室上部时，阀门打开，废气被排出。通过支架隔架，小工件和料渣落在废物箱内。 2、工作台
移动式切割工作台与主机分离，柔性大，可加装焊接、切管等功能。配有两张1.5米×4米的工作台可供交换使用，当一个工作台在进行切割加工的同时，另一张工作台可以同时进行上下料操作，有效提高工作效率。两个工作台可通过编程或按钮自动交换。
工作台下方配有小车收集装置，切割的小料及金属粉末会集中收集在小车中。 3、切割头
是光路的最后器件，其内置的透镜将激光光束聚焦，标准切割头焦距有 5 英寸和 7.5 英寸(主要用于割厚板)两种。良好的切割质量与喷嘴和工件的间距有关，本机切割头使用德国PRECITEC公司生产的非接触式电容传感头，在切割过程中可实现自动跟踪与修正工件表面与喷嘴的间距，调整激光焦距与板材的相对位置，以消除因被切割板材的不平整对切割材料造成的影响。自动找准材料的摆放位置（红光指示器）。 4、控制系统
控制系统包括数控系统（集成可编程序控制器PLC）、电控柜及操作台。PMC-1200数控系统由32位CPU控制单元、数字伺服单元、数字伺服电机、电缆等组成，采用全中文才做界面，10.4\"彩色液晶显示器，能实现机外编程计算机与机床的控制系统进行数据传输通讯（具有232接口），具有加速、突变限制；具有图形显示功能，可对激光器的各种状态进行在线和动态控制功能。 5、激光控制柜
控制和检查激光器的功能，并显示系统的压力、功率、放电电流和激光器的运行模式。 6、激光器
采用原装进口德国ROFIN公司SLAB3000W型激光发生器，是目前世界先进的RF激励板式放电的二氧化碳激光器。其心脏是谐振腔, 激光束就在这里产生，激光气体是由二氧化碳﹑氮气﹑氦气的混合气体，通过涡轮机使气体沿谐振腔的轴向高速运动，气体在前后两个热交换器中冷却，以利于高压单元将能量传给气体。 7、冷却设备 冷却激光器、激光气体和光路系统。
8、除尘装置
内置管道及风机，改善了工作环境。切割区域内装有大通径除尘管道及大全压的离心式除尘风机，加之全封闭的机床床身及分段除尘装置，具有较好的除尘效果。
9、供气系统 包括气源、过滤装置和管路。气源含瓶装气和压缩空气（空气压缩机、冷干机）。
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光大激光 激光切割加工基础知识 版本号：V1.0 编号： 第 3 页 共 31 页 （三）设备的技术参数
表1：激光切割机技术参数 序号 项目名称 参数 单位 1 切割板材尺寸 1500*4000 mm 2 X轴行程 4000 mm 3 Y轴行程 1500 mm 4 Z轴行程 100 mm 5 X、Y轴定位精度 ±0.03 mm/m 6 X、Y轴重复定位精度 ±0.03 mm 7 X、Y轴最大定位速度 100 m/min 8 切割工作台最大载重 750 kg 9 切割碳钢最大厚度 18-20 mm 10 切割不锈钢最大厚度 8-10 mm 11 切割铝板最大厚度 5-6 mm 12 真空悬臂吊最大载重 500 kg （四）ROFIN 3000W CO2激光发生器技术参数
表2：激光器技术参数 激光束特性 功率范围（W） 0-3000 最大功率（W） 3000 长时间功率稳定性 公称功率±2% 光束直径（1/e2)（毫米） 20-25 光束发散（全角）（毫弧度） ≤0.5 光束端点稳定性（毫弧度） ≤0.15 因子K（公称功率） K＞0.9 偏振状态 45度线偏振 光束模式 00模式 操作 连续波、门脉冲 脉冲参数 脉冲重复频率（赫兹） CW-5000 最小脉冲周期（微秒） 26 脉冲宽度 26um 电、气、冷却 电能消耗（千伏安） 工作耗电38KVA 380V±10%，三相，50赫兹 待机耗电2.5KVA 最小气体消耗（升/小时）±2% 0.1L/H 最大功率时（氦气65%，氮气30%，CO25%） 冷却能力（千瓦，环境温度＜40度） 35 压缩空气压力（巴） ＞4 环境温度范围（度） 5-30
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光大激光 激光切割加工基础知识 版本号：V1.0 编号： 第 4 页 共 31 页 三、切割方法
不同的材料，切割方法不一样，主要分为熔化切割、氧化切割、气化切割、导向断裂切割等。
表3：切割方法与对应的材料 序号 切割方法 对应切割材料 1 熔化切割 不锈钢、铝 2 氧化切割 碳钢 3 气化切割 木材、碳素材料和某些塑料 4 导向断裂切割 陶瓷 1、熔化切割
在激光熔化切割中，工件材料在激光束的照射下局部熔化，熔化的液态材料被气体吹走，形成切缝，切割仅在液态下进行，故称为熔化切割。切割时在与激光同轴的方向供给高纯度的不活泼气体，辅助气体仅将熔化金属吹出切缝，不与
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金属反应。这种切割方法的激光功率密度在10W/cm左右。
激光光束配上高纯惰性切割气体促使熔化的材料离开割缝，而气体本身不参
于切割。
最大切割速度随着激光功率的增加而增加，随着板材厚度的增加和材料熔化
温度的增加而几乎反比例地减小。在激光功率一定的情况下，限制因数就是割缝处的气压和材料的热传导率。
2、氧化切割
与熔化切割不同，激光氧化切割使用活泼的氧气作为辅助气体。由于氧与已经炽热了的金属材料发生化学反应，释放出大量的热，结果是材料进一步被加热。 材料表面在激光束照射下很快被加热到燃点温度，与氧气发生激烈的燃烧反
应，放出大量热量，在此热量作用下，材料内部形成充满蒸汽的小孔，而小孔周围被熔化的加工材料所包围。
燃烧物质转移成熔渣，控制氧和加工材料的燃烧速度，氧气流速越高，燃烧
化学反应和去除熔渣的速度也越快。但是 ，如果氧气速度过快，将导致割缝出口处的反应产物即金属氧化物的快速冷却，对切割质量造成不利影响。 切割过程存在两个热源：激光束照射能和化学反应所产生的热能。据估计，
切割碳钢时，氧化反应所产生的热能占切割所需能量的60%。
在氧化切割过程中，如果氧化燃烧的速度高于激光束移动的速度，割缝将变
宽且粗糙，反之，如果移动速度慢，则割缝窄而光滑。
3、气化切割
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激光束焦点处功率密度非常高，可达10W/cm以上，激光光能转换成热能，保持在极小的范围内，材料很快被加热至气化温度，部分材料气化为蒸汽逸去，部分材料被辅助气体吹走，随着激光束与材料之间的连续不断的相对运动，便形
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成宽度很窄（如0.2mm）的割缝。这种切割方法的功率密度在10W/cm左右。一些不能熔化的材料如木材、碳素材料和某些塑料即通过这种方法进行切割。 激光氧化切割在加工精密模型和尖角时是不好的（有烧掉尖角的危险）。可以
使用脉冲模式的激光来限制热影响。
所用的激光功率决定切割速度。在激光功率一定的情况下，限制因数就是氧
气的供应和材料的热传导率。
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光大激光 激光切割加工基础知识 版本号：V1.0 编号： 第 5 页 共 31 页 4、导向断裂切割
对于容易受热破坏的脆性材料，通过激光束加热进行高速、可控的切断，称为导向断裂切割。这种切割过程主要内容是：激光束加热脆性材料小块区域，引起该区域大的热梯度和严重的机械变形，导致材料形成裂缝。只要保持均衡的加热梯度，激光束可引导裂缝在任何需要的方向产生。
选择切割方法，需考虑它们的特点和板件的材料，有时也要考虑切割的形状。由于气化相对熔化需要更多的热量，因此激光熔化切割的速度比激光气化切割的速度快，激光氧化切割则借助氧气与金属的反应热使速度更快；同时，氧化切割的切缝宽，粗糙度高，热影响区大因此切缝质量相对较差，而熔化切割割缝平整，表面质量高，气化切割因没有熔滴飞溅，切割质量最好。另外，熔化切割和气化切割可获得无氧化切缝，对于有特殊要求的切割有重要意义。
一般的材料可用氧化切割完成，如果要求表面无氧化，则须选择熔化切割，气化切割一般用于对尺寸精度和表面光洁度要求很高的情况，故其速度也最低。另外，切割的形状也影响切割方法，在加工精细的工件和尖锐的角时，氧化切割可能是危险的，因为过热会使细小部位烧损。
四、运行模式
激光器经常运行在连续输出模式，为了得到最佳的切割质量，对于给定的材料，有必要调整进给速率，例如拐弯时的加速，减速和延时。因此，在连续输出模式下，降低功率是不够的，必须通过变化脉冲来调整激光功率。
表4：各种不同的激光运行模式、应用范围和举例．
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光大激光 激光切割加工基础知识 版本号：V1.0 编号： 第 6 页 共 31 页
在连续模式下，激光输出的功率是恒定的，这使得进入板料的热量比较均匀，它适合于一般情况下较快速的切割，一方面可以提高工作效率，另一方面也是避免热量集中导致热影响区组织恶变的需要。
调制模式的激光功率是切割速度的函数，它可以通过限制在各点处的功率使 进入板料的热量保持在相当的低水平，从而防止切缝边缘的烧伤。由于它的控制比较复杂，因此效率不是很高，只在短时段内使用。
脉冲模式虽可细分为三种情况，实质上只是强度的差别，往往根据材料的特性和结构的精度来选择。
五、激光切割的特点
1、激光切割的切缝窄，工件变形小
激光束聚焦成很小的光点，使焦点处达到很高的功率密度。这时光束输入的热量远远超过被材料反射、传导或扩散的部分，材料很快加热至汽化程度，蒸发形成孔洞。随着光束与材料相对线性移动，使孔洞连续形成宽度很窄的切缝。切边受热影响很小，基本没有工件变形。
切割过程中还添加与被切材料相适合的辅助汽体。碳钢切割时利用氧作为辅助汽体与熔融金属产生放热化学反应氧化材料，同时帮助吹走割缝内的熔渣。切割聚丙烯一类塑料使用压缩空气，棉、纸等易燃材料切割使用惰性汽体。进入喷嘴的辅助汽体还能冷却聚焦透镜，防止烟尘进入透镜座内污染镜片并导致镜片过热。
大多数有机与无机材料都可以用激光切割。在工业制造系统占有份量很重的金属加工业，许多金属材料，不管它是什么样的硬度，都可以进行无变形切割。当然，对高反射率材料，如金、银、铜和铝合金，它们也是好的传热导体，因此
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光大激光 激光切割加工基础知识 版本号：V1.0 编号： 第 7 页 共 31 页 激光切割很困难，甚至不能切割。
激光切割无毛刺、皱折、精度高，优于等离子切割。对许多机电制造行业来说，由于微机程序控制的现代激光切割系统能方便切割不同形状与尺寸的工件，它往往比冲切、模压工艺更被优先选用；尽管它加工速度还慢于模冲，但它没有模具消耗，无须修理模具，还节约更换模具时间，从而节省了加工费用，降低了生产成本，所以从总体上考虑是更合算的。
2、激光切割是一种高能量、密度可控性好的无接触加工
激光束聚焦后形成具有极强能量的很小作用点，把它应用于切割有许多特点。首先，激光光能转换成惊人的热能保持在极小的区域内，可提供：（1）狭窄的直边割缝；（2）最小的邻近切边的热影响区；（3）极小的局部变形。 其次，激光束对工件不施加任何力，它是无接触切割工具，这就意味着：（1）工件无机械变形；（2）无刀具磨损，也谈不上刀具的转换问题；（3）切割材料无须考虑它的硬度，也即激光切割能力不受被切材料的硬度影响，任何硬度的材料都可以切割。
再次，激光束可控性强，并有高的适应性和柔性，因而：（1）与自动化设备相结合很方便，容易实现切割过程自动化；（2）由于不存在对切割工件的限制，激光束具有无限的仿形切割能力；（3）与计算机结合，可整张板排料，节省材料。
3、激光切割具有广泛的适应性和灵活性
与其它常规加工方法相比，激光切割具有更大的适应性。与其他热切割方法相比，同样作为热切割过程，别的方法不能象激光束那样作用于一个极小的区域，结果导致切口宽、热影响区大和明显的工件变形。激光能切割非金属，而其它热切割方法则不能。
六、气体参数的控制
在实际的激光切割过程中，还要有辅助气体的参与。辅助气体不但可以将熔 渣及时吹走，还起到冷却工件和清洁透镜的作用，选用不同的辅助气体，更能够改变切割的速度及割缝表面质量，对特殊金属的切割具有重大意义。
影响气体的参数包括气体类型、气体压力和喷嘴直径。
(1) 辅助气体类型
辅助气体类型有氧气、空气、氮气和氩气。氧气适合于厚板切割、高速切割和极薄板切割；空气适合于铝板、非金属及镀锌钢板的切割，在一定程度上它可以减少氧化膜且节省成本；氮气作为切割时的保护气体可防氧化膜发生，防止燃烧 (在板料较厚时容易发生)；氩气用于钛金属切割。
(2) 气体压力
气体压力分高压和低压两种,根据激光机的技术参数，高压最 大为20兆帕，低压最大为 5 兆帕。选择压力的依据有板料厚度、切割速度、熔化金属的粘度
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光大激光 激光切割加工基础知识 版本号：V1.0 编号： 第 8 页 共 31 页 和激光功率。当料厚较大，切速较快，金属液体的粘度较高时,可选用高一些的压力；相反，对于薄料、慢速切割或液态粘度小的金属，则可选择适当的低压。功率较大时适当增加气体压力对冷却周围材料是有益的,它适用于有特殊要求的场合。不管选用怎样的压力，其原则都是在保证吹渣效果的前提下尽可能经济。
(3) 喷嘴直径
喷嘴直径的选取与气体压力的选择原则上是一样的,但它还与切割方法有关。对于以氧气作为辅助气体的切割，由于金属的燃烧，割缝较宽，要想迅速有效地吹走熔渣，得选用大直径的喷嘴才行，对于采用脉冲切割的场合，割缝较小,不宜选用太大的喷嘴。有时喷嘴大小的选择会与压力选择相矛盾,在不能两全的情况下,通过调节喷嘴与切缝的距离也能起到一定的作用。
常用的喷嘴直径是1.5和2.0的。
七、材料特性与激光加工的关系
工件切割的结果可能是切缝干净，也可能相反，切缝底部挂渣或切缝上带有烧 痕，其中很大的一部分是由材料引起的。影响切割质量的因素有：合金成分、材料显微结构、表面质量、表面处理、反射率、热导率、熔点及沸点。
通常合金成分影响材料的强度﹑可焊性﹑高氧化性和耐腐蚀性，所以含碳量 越高越难切割；晶粒细小切缝品质好；如果材料表面有锈蚀，或有氧化层，熔化时因氧化层与金属的性质不同，使表面产生难熔的氧化物，也增加了熔渣，切缝会呈不规则状；表面粗造减少了反光度，提高热效率，经喷丸处理后切割质量要好许多。导热率低则热量集中，效率高。
因此，越是晶粒细小、表面粗糙、无锈蚀、导热率低的材料越容易加工，而含碳量高、表面有镀层或涂漆、反光率高的材料较难切割。含碳量高的金属多属于熔点比较高的金属，由于难以熔化，增加了切穿的时间。一方面，它使得割缝加宽，表面热影响区扩大，造成切割质量的不稳定；另一方面，合金成分含量高，使液态金属的粘度增加，使飞溅和挂渣的比率提高，加工时对激光功率、气吹压力的调节都提出了更高的要求。镀层和涂漆加强的光的反射，使熔融因难；同时，也增加了熔渣的产生。
八、激光切割应注意的问题
前面分析了激光切割最主要的几个技术参数，它们决定了切割工艺的主要方 面，但并不是只要把握了这就一定能加工出高质量的产品，还有几个问题是特别需 要引起注意的：
1、切速的选择
激光切割的速度最大可达200—300mm/s，实际加工时往往只有最大速的 1/3 —1/2，因为速度越高，伺服机构的动态精度就越低，直接影响切割质量。有实验表明，切割圆孔时，切速越高，孔径越小，加工的孔圆度就越差。只有在长边
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光大激光 激光切割加工基础知识 版本号：V1.0 编号： 第 9 页 共 31 页 直线切割时才可以使用最大速切割以提高效率。
2、切割的引线和尾线
在切割操作中，为了使割缝衔接良好，防止始端和终点烧伤，常常在切割开始和结束处各引一段过渡线，分别称作引线和尾线。引线和尾线对工件本身是没有用的, 因此要安排在工件范围之外，同时注意不能将引线设置在尖角等不易散热处。引线与割缝的连接尽量采用圆弧过渡，使机器运动平稳并避免转角停顿造成烧伤。
3、尖角的加工 用走圆弧加工出钝角
如有可能，避免加工没有圆弧的角。带圆弧的角有下列好处：ａ）轴运动的动态性能好；ｂ）热影响区小；c）产生的毛刺少。对于不带圆角的边角，可以设定的最大半径是切缝宽度的一半。此时切割出来的边角是没有圆角的。
图2：走圆弧法加工钝角
用圆孔成角法在薄板上切割尖角
当在薄板上高速切割时，建议使用圆孔成角法切割尖角，它有下列好处：ａ）切割尖角时，轴向变化均匀；ｂ）切角时，切速恒定；ｃ）防止了轴振动，避免毛刺生成；ｄ）尖角处的热影响区小。
图3：圆孔成角法加工锐角
用延时法在厚板上切割尖角
切割厚板时，如果还使用圆孔成角法，尖角周围会过热，此时应采用参数:“Critical angle ,dwell time”来切割尖角，机器运动到尖角处，停顿特定的时间，然后继续转向运动。
九、激光所用气体
激光所用气体包括激光器工作和保护气体以及切割辅助气体。
激光器工作气体用于产生激光，保护气体用于保护光学器件、驱动光闸。激光器工作气体由氦气、氮气、二氧化碳气体按照一定比例混合，这个比例在工厂
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光大激光 激光切割加工基础知识 版本号：V1.0 编号： 第 10 页 共 31 页 预定好，确保最佳性能，不要随便调整，比例不当，可能会造成激光系统的失效和高压电源的损害。激光器所用气体均为高纯度，均在 99.999%以上.
切割辅助气体主要是 N2 或 O2，有的材料切割可以使用压缩空气作为切割辅助气体。N2 切割的切割面比较光亮；O2 切割的切割面由于材料被氧化而发黑。切割辅助气体的纯度越高，切割面的质量越好。
表4：切割辅助气体 气体 纯度 备注 氮气 99.5% 氧气 99.5% 符合ISO8573-1 最大颗粒尺寸：5µm 无油空压机+冷冻干燥机（处理压缩空气 33最大凝聚物含量：5mg/m 量1m/min） 3最大油含量：0.1mg/m
第二部分 激光切割工艺
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光大激光
激光切割加工基础知识 版本号：V1.0 编号： 第 11 页 共 31 页 切割工艺与下述因素关系紧密： 激光模式 激光功率 焦点位置 喷嘴高度 喷嘴直径 辅助气体 辅助气体纯度 辅助气体流量 辅助气体压力 切割速度 板材材质
板材表面质量（如生锈、异物等） 与切割相关的各工艺参数如下图所示。
光束直径切割气体类型透镜焦距辅助气体压力割嘴直径割嘴相对板面距离材料表面焦点割缝宽
图4：切割工艺参数
一、激光模式
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光大激光
激光切割加工基础知识 版本号：V1.0 编号： 第 12 页 共 31 页 激光器的模式对切割影响很大，切割时要求到达钢板表面的模式较好。这与激光器本身的模式和外光路镜片的质量有直接的关系。
激光束横截面上光强的分布情况称为激光横模。一般笼统地把横模当作激光模式。用符号TEMmn表示各种横向模式。TEM表示横向电磁波，m、n均为正整数，分别表示在x轴和y轴方向上光强为零的那些点的序数，称为模式序数。下图示出了几种不同的激光束横模的光斑。TEM00模又称基模，其光斑中任何一点光强都不为零。若光斑在x方向上有一点光强为零，称为TEM10模；在y方向上有一点光强为零，称为TEM01模。以此类推，模式序数m和n越大，光斑中光强为零的点的数目越多。有不同横向模式的激光束称为多模。
图5：模式光斑
上图中，TEM00模，称为基模。TEM*01模，是单环模，也叫准基模。为了与TEM01区分，特地加上星号*。TEM01模与TEM10模其实可视为相同的模式，因为X、Y轴原本就是人为划分的。下面示出的是几种模式的立体图。
图6：TEM00模式立体图
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激光切割加工基础知识 版本号：V1.0 编号： 第 13 页 共 31 页
图7：TEM20模式立体图 图8：TEM23模式立体图
图9： 多模
二、焦点位置
焦点位置是一个关键参数，应正确调节焦点位置。
1. 焦点位置与切割面的关系
焦点位置 零焦距 示意图 喷嘴切幅特征 适用于5毫米以下薄碳钢等。 （切断面） 焦点在工件表面 焦点在工件上表面，所以，切割光滑，下13
光大激光
激光切割加工基础知识 版本号：V1.0 编号： 第 14 页 共 31 页 喷嘴负焦距 焦点在工件表面下 表面则不光滑。 铝材、不锈钢等工件采用这种方式。 （切断面） 切幅 正焦距 喷嘴焦点在工件表面上 切幅2. 焦点位置对切割断面的影响
表面1.5mm上 焦点在中央，偏下部因此平滑面范围较大，切幅比零焦距的切幅宽，切割气体流量较大，穿孔时间较零焦距为长。 切割厚钢板时采用（一般使用氧气）。 厚钢板切断时，切断用氧气的氧化作用必须从上面到底面。因厚板之故切幅要宽，这样的设定可得较宽的切幅。切断面和瓦斯切断类似，可以说是用氧气吹断，因此断面较粗糙。 表面0.5mm上 表面2.5mm上 3. 焦点寻找
焦点确定的方法和步骤：
1）取下喷嘴，Z轴下降，距板面2~3mm。 2）执行寻找焦点子程序1991。 （CALL 1991） 速率倍率设为100%。 3）移动Y轴到划痕最细处。 4）计算焦点位置Zf 焦点位置为Zf=Z+Y×0.5
其中：Z——当前Z轴坐标；Y——当前Y轴坐标。 5）装上喷嘴，将焦点微调调至刻度5。 6）手动切换到随动。
7）调节焦点，使Z轴坐标达到Zf的值，锁紧切割头。
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激光切割加工基础知识 版本号：V1.0 编号： 第 15 页 共 31 页 此时焦点位于板面。
三、喷嘴
喷嘴形状、喷嘴孔径、喷嘴高度（喷嘴出口与工件表面之间的距离）等，均会影响切割的效果。
图10： 喷嘴
1. 喷嘴的作用
（1） 防止熔渍等杂物往上反弹，穿过喷嘴，污染聚焦镜片。 （2） 控制气体扩散面积及大小，从而控制切割质量。
图11：没有喷嘴时，气体喷出的情况
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激光切割加工基础知识 版本号：V1.0 编号： 第 16 页 共 31 页 图12：有喷嘴时，气体喷出的情况
2. 喷嘴与切割品质的关系
喷嘴出口孔中心与激光束的同轴度是影响切割质量优劣的重要因素之一，工件越厚，影响越大。
当喷嘴发生变形或有熔渍时，将直接影响同轴度。
故喷嘴应小心保存，避免碰伤以免造成变形。喷嘴形状和尺寸的制造精度高，安装时应注意方法正确。
如果由于喷嘴的状况不良，从而需要要改变切割时的各项条件，那就不如更换新的喷嘴。
如果喷嘴与激光不同轴，将对切割质量产生如下影响。 a． 对切割断面的影响
如图所示，当辅助气体从喷嘴吹出时，气量不均匀，出现一边有熔渍，另一边没有的现象。对切割3mm以下薄板时，它的影响较小，切割3mm以上时，影响较严重，有时无法切透。
激光喷嘴左边吹气量小右边吹气量小 图13：同轴度对切割断面的影响
b．对尖角的影响
工件有尖角或角度较小时，容易产生过熔现象，厚板则可能无法切割。 c． 对穿孔的影响
穿孔不稳定，时间不易控制，对厚板会造成过熔，且穿透条件不易掌握。对薄板影响较小。
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激光切割加工基础知识 版本号：V1.0 编号： 第 17 页 共 31 页 3. 喷嘴孔与激光束同轴度的调整
喷嘴孔与激光束的同轴度的调整步骤如下：
（1） 在喷嘴的出口端面涂抹印泥（一般以红色为好），将不干胶带贴在喷嘴出口
端面上。如图所示。
白色不干胶带图14：调整同轴步骤1
（2） 用10~20瓦的功率，手动打孔。
（3） 取下不干胶纸，注意保持其方向，以便与喷嘴相比照。
正常情况下，不干胶纸上会留下一个黑点，是被激光烧损的。但如果喷嘴中心偏离激光束中心过大时，将无法看到这个黑点（激光束射到了喷嘴的壁上）。
图15：喷嘴偏离太大
（4） 如果打出的中心点时大时小，请注意条件是否一致，聚焦镜是否松动。
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激光切割加工基础知识 版本号：V1.0 编号： 第 18 页 共 31 页 正确` 图16： 聚焦镜松动
（5） 注意观察黑点偏离喷嘴中心的方向，调整喷嘴位置。
图17：调整喷嘴位置，与激光束同轴
4. 喷嘴孔径
孔径大小对切割质量和穿孔质量有关键性的影响。
如果喷嘴孔径过大，切割时四处飞溅的熔化物，可能穿过喷嘴孔，从而溅污镜片。孔径越大，几率越高，对聚焦镜保护就越差，镜片寿命也就越差。
喷嘴孔径的比较 喷嘴孔径 小 大 气体流速（量） 快 慢 熔融物去除能力 大 小 喷嘴φ1、φ1.5的差异
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激光切割加工基础知识 版本号：V1.0 编号： 第 19 页 共 31 页 厚板（3mm以上） 喷嘴直径 薄板（3mm以下） 切割功率较高，散热时间较长，切割时间亦较长 φ1 切割面较细 气体扩散面积小，不太稳定，基本可用 φ1.5 切割面会较粗，转角地方易有气体扩散面积大，气体流速较慢，切割溶渍 时较稳定 5. 喷嘴高度的调整
喷嘴高度即喷嘴出口与工件表面之间的距离。此高度设定范围在0.5mm～4.0mm之间，而切割时一般我们会设定在0.7mm～1.2mm，过低会导致喷嘴易碰撞到工件表面，过高会降低辅助气体的浓度和压力，造成切割质量下降。打孔时此高度要比切割高度略高，高度设定在3.5mm～4mm,这样有效防止打孔时所产生的飞溅物污染聚焦镜。
图18：喷嘴高度
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激光切割加工基础知识 版本号：V1.0 编号： 第 20 页 共 31 页
图19：电容传感器控制盒
调节EG495调节盒上带刻度电位器，其刻度基本上代表喷嘴与板面之间的距离（0.5到10mm）。比如，刻度为1.5，喷嘴与板面之间的距离为1.6mm左右。 随动传感器
随动传感器的调整，务必按照要领进行。
四、切割速度
切割速度直接影响切口宽度和切口表面粗糙度。不同材料的板厚，不同的切割气体压力，切割速度有一个最佳值，这个最佳值约为最大切割速度的80％。
1. 速度过快
如果切割速度过快，可能造成以下后果。 1) 可能无法切透，火花乱喷。
2) 有些区域可以切透，但有些区域无法切透。 3) 整个断面较粗，但不产生溶渍。
4) 切割断面呈斜条纹路，且下半部产生溶渍。
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激光切割加工基础知识 版本号：V1.0 编号： 第 21 页 共 31 页 喷嘴辅助气体无法即时切断造成斜角熔渍 图20：速度过快
2. 速度太慢
1) 造成过熔，切断面较粗糙。 2) 切缝变宽，尖角部位整个溶化。 3) 影响切割效率。
3. 确定适当的切割速度
从切割火花判断进给速度可否增快或减慢 1）火花由上往下扩散
图21：切割速度正常
2）火花若倾斜时，则说明切割速度太快。
图22：切割速度过快
3）火花呈现不扩散且少，聚集在一起，则说明速度太慢。
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激光切割加工基础知识 版本号：V1.0 编号： 第 22 页 共 31 页 图23：切割速度过慢
进给速度适当
如图，切割面呈现较平稳线条，且下半部无熔渍产生。
图24：切割速度正常
五、切割辅助气体
选择切割辅助气体的种类和压力时，宜从以下几方面考虑： 一般使用氧气切割普通碳钢，低压打孔，高压切割。
一般使用空气切割非金属，低压和高压的压力可调为一样，打孔时间设为0。
一般使用氮气切割不锈钢等，低压氧气打孔。
气体纯度越高，切割质量越好。切割低碳钢板纯度至少99.6%以上，切割12mm以上碳钢板建议氧气纯度99.9%以上。切割不锈钢板氮气纯度应达到99.6%以上。氮气纯度越高，切割断面质量越好。如果切割用气体纯度不合要求，不但影响切割的质量，而且会造成镜片的污染。
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激光切割加工基础知识 版本号：V1.0 编号： 第 23 页 共 31 页 热热 1、辅助气体对切割质量的影响
（1） 气体有助于散热及助燃，吹掉溶渍，改善切割面品质。 （2） 气体压力不足时，对切割的影响
a．
切割面产生熔渍。
b． 切割速度无法增快，影响效率。
（3） 气体压力过高时，对切割质量的影响
a．
气流过大时，切割面较粗，且缝较宽。
b． 气流过大时，造成切断部分熔化，无法形成良好切割质量。
2、辅助气体对穿孔的影响
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激光切割加工基础知识 版本号：V1.0 编号： 第 24 页 共 31 页 （1）气体压力过低时，不易穿透，时间增长。
（2）气体压力太高时，造成穿透点熔化，形成大的熔化点。 所以薄板穿孔的压力较高，厚板则较低。
3、切割有机玻璃时的辅助气体
有机玻璃属于易燃物，为了得到透明光亮的切割面，所以选用氮气或空气，阻燃。如果选用氧气，则切割质量不够好。
必须在切割时根据实际情况进行选择合适的压力。气体压力越小，切割光亮度越高，产生的毛断面越窄。但气体压力过低，造成切割速度慢，板面下出现火苗，影响下表面质量。
六、激光功率
激光切割所需要的激光功率主要取决于切割类型以及被切割材料的性质。汽化切割所需要的激光功率最大，熔化切割次之，氧气切割最小。激光功率对切割厚度、切割速度和切口宽度等有很大影响。一般激光功率增大，所能切割材料的厚度也增加，切割速度加快，切口宽度也有所加大。
激光功率对切割过程和质量有决定性的影响。 1．功率太小无法切割
图25：功率太小
2．功率过大，整个切割面熔化
图26：功率过大
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激光切割加工基础知识 版本号：V1.0 编号： 第 25 页 共 31 页 3．功率不足，切割后产生熔渍
辅助气体 图27：功率不足
4．功率适当，切割面良好，无熔渍
图28：功率适当
七、切割参数的总结
切割效果取决于具体的工艺参数，总结如下： 输入参数 系统参数 光路 镜片数量 系统概念 输出参数 切割边沿的质量 切口宽度 激光束参数 强度 光斑尺寸 工艺参数
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激光切割加工基础知识 版本号：V1.0 编号： 第 26 页 共 31 页 每单位长度的能量 焦点位置 气体参数 喷嘴参数 材料参数 材料特性 材料的表面
表5：激光切割主要参数
参数 內 容 给定激光功率密度和材料，切割速度符合一个经验公式，只要在阀值以上，材料的切割速度与激光功率成正比，即增加功率密度，可提高切割速度，切割速度同样与被切割材料密度和厚度成反比，提高切割速度的因素: (1) 提高功率(500-3000w); (2)改变光束模式; (3)减小聚焦光斑大小(如采用短焦距透鏡) 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，这种调节范围在切割薄金属时显得比较宽。 激光束聚光后光斑大小与透镜焦长成正比，光束经短焦长透镜聚焦后光斑尺寸很小，焦点处功率密度很高，对材料切割很有利，但它的不利之外是焦深很短，调节余量很小，一般比较适用于高速切割薄材，对于厚工件，由于长焦长透镜有较宽焦深，只要具有足够功率密度，用来对它切割比较合适，由于焦点处功率密度最高，在大多数情况下，切割时，焦点位置刚处于工件表面，或稍在工件表面之下，确保焦点与工件相对位置恒定是获得稳定的切割质量的重要条件，有时透镜工作中因冷却不善而受热从而引起焦长变化，这就需及时调整焦点位置。 辅助气体与激光光束同轴喷处，保护透镜免受污染并吹走切割区底部溶渣，对非金属和部分金属材料，使用压缩空气或惰性气体，清除溶化和蒸发材料，同时抑制切割区过度燃烧。 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 当高速切割薄板材时，需要较高的气体压力防止切口背面沾渣，当材料厚度或切割速度较慢时，气体压力可以适当的降低。 激光功率大小和模式好坏都会对切割发生重要的影响，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。 切 割 速 度 焦 点 位 置 辅助 气体 辅助 气体 气压 激光 输出 功率 上表显示了可能影响切割效果的参数的大部分因素，下表列出了切割参数的典型值，它们并不适用于具体的个案，但可用其作为参考，以找出正确的启动参数。
表6：DC030不锈钢切割参数典型值 材料厚度(mm)
焦距(inch) 焦点位(mm) 激光器功率(W) 切割速度(m/min) 26
气体压强 喷嘴直径N2(bar) Ф(mm) 喷嘴距板面距离(mm) 光大激光
激光切割加工基础知识 版本号：V1.0 编号： 第 27 页 共 31 页 1 2 3 4 5 6 8 10 5 5 5 7.5 7.5 10 12.5/15 15 -0.5 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -6 3000 3000 3000 3000 3000 3000 3000 3000 28 8 4.75 3.8 2.2 2 1.3 0.55 10 10 15 17.5 20 20 20 20 1.5 1.5 1.5 2 2 2.2 3 3 0.5 0.5 0.5 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 表7：DC030低碳钢切割参数典型值 材料厚度(mm) 焦距(inch) 焦点位(mm) 激光器功率(W) 切割速度(m/min) 气体压强 喷嘴直径O2(bar) Ф(mm) 喷嘴距板面距离(mm) 1 2 3 4 6 8 10 12 15 20 5 5 5 7.5 7.5 7.5 7.5 7.5 7.5 7.5 0 -0.5 -0.5 2 2 2 2 2 2 2.5 750 800 800 3000 3000 3000 3000 3000 3000 3000 9 7 4 4.2 3.3 2.3 1.8 1.5 1.1 0.7 3.5 3 3 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 1 1 1 1 1.2 1.5 1.5 1.5 2 2.4 0.5 1 1 1 1 1 1 1 1 1 表8：DC025AlMg3N2切割参数典型值 材料厚度(mm) 焦距(inch) 焦点位(mm) 激光器功率(W) 切割速度(m/min) 气体压强 喷嘴直径O2(bar) Ф(mm) 喷嘴距板面距离(mm) 2 3 4 5 7.5 7.5 7.5 7.5 -2.5 -3.5 -5.0 -5.0 2500 2500 2500 2500 4.5-6.5 3.0-4.0 1.5-2.0 0.9-1.0 10-12 12-15 12-16 12-16 1.5 1.5 2.0 2.0 ≧1.0 ≧1.0 ≧1.0 ≧1.0 八、常见加工缺陷分析 1、碳钢氧气切割 現 象 没有毛刺，切割良好 功率正确 切割速度正确 原 因 解決方法 27 光大激光 激光切割加工基础知识 版本号：V1.0 编号： 第 28 页 共 31 页 切痕方向在底部偏离，切割底部较宽 切割速度太高 激光功率偏低 辅助气体偏低 焦点位置偏高 降低切割速度 提高激光功率 提高气体压力 降低焦点位置 切缝底部两侧有类似熔渣的毛刺，水珠形状，容易去除 切割速度偏高 气压偏低 焦点位置偏高 调整切割速度 提高气体压力 割缝底部两侧的熔渣粘在一起 焦点位置偏高 降低焦点位置 割缝底部的两侧的熔渣很难清除 切割速度太高 辅助压力偏低 焦点位置偏高 气体内有杂质 降低速度 提高气体压力 调整焦点位置 使用符合纯度要求的气体 現 象 仅在割缝底部的一侧有毛刺 原 因 喷嘴中心不好 喷嘴孔不圆 解決方法 调整喷嘴中心 更换喷嘴 28 光大激光 激光切割加工基础知识 版本号：V1.0 编号： 第 29 页 共 31 页 有蓝色的等离子气体产生，工件不能 割透 辅助气体间接错 切割速度太高 功率太低 使用需要的辅助气体 降低切割速度 提高功率 切割面不规则 气体压力偏高 喷嘴损坏 喷嘴直径太大 焦点位置 沒有毛刺, 切痕向后傾斜, 切縫底部窄 切割速度太高 降低切割速度 切割面上有蚀坑 气体压力太大 切割速度偏低 焦点位置较高 材料表面锈蚀 材料过热 材料中有杂质 焦点位置偏低 气体压力较高 切割速度太低 材料过热 降低气体压力 提高切割速度 降低焦点位置 使用好的材料 切割面十分粗糙 提高焦点位置 降低气体压力 提高切割速度 材料冷却 2、不锈钢高压氮气切割 现 象 原 因 解決方法 29
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激光切割加工基础知识 版本号：V1.0 编号： 第 30 页 共 31 页 割缝两侧有小的规则的毛刺 焦点位置太低 切割速度太高 提高焦点位置 降低切割速度 割缝两侧有长线状，不规则的毛刺 切割速度太低 焦点位置太高 气体压力太低 材料太热 喷嘴不在中心 焦点位置太高 气体压力太低 切割速度太低 氮气不纯含有氧气 提高切割速度 降低焦点位置 提高气体压力 冷却材料 调整喷嘴 降低焦点位置 提高气体压力 提高切割速度 使用高纯度氮气 仅在割缝两边有长线形状不规则的毛刺 切割边呈黄色 有等离子气体产生，工件不能割透 切割速度太高 激光功率太低 焦点位置太低 降低切割速度 提高激光功率 提高焦点位置 光束中断 割缝粗糙
切割速度太高 激光功率太低 焦点位置太低 喷嘴损坏 镜片污染 降低切割速度 提高激光功率 提高焦点位置 更换喷嘴 清洁镜片或更换镜片 下图分别为１５ｍｍ碳钢钣和８ｍｍ不锈钢钣不同焦距切割情况
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激光切割加工基础知识 版本号：V1.0 编号： 第 31 页 共 31 页
+ 5 + 3 + 2 0 - 1
- 4 - 5 - 6 - 7 - 11
以上只供参考，具体情况要根据实际切割来确定。
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