激光切割的分类及基本原理

出处：按学科分类—工业技术 北京工业大学出版社《特种加工手册》第92页（1038字）

从切割各类材料的不同物理形式来看，激光切割可分为汽化切割、熔化切割、反应熔化切割和控制断裂切割4类．

2．7．2．1 汽化切割

在极高的激光功率密度(10⁸W／cm²)的光束作用下，工件上将产生很高的温度梯度．由于加热时间极短，物质还来不及熔化时温度已超过材料的沸点温度，因此物质瞬间汽化，在切割处汽化物质被迅速排开而实现了切割．

这种汽化切割主要用于脉冲激光，切割不熔化的材料有木材、碳素材料、塑料及陶瓷的划片等．

2．7．2．2 熔化切割

熔化型激光切割的激光功率密度(大约在10⁷W／cm²左右)也须大到足以在材料表面产生匙孔，但其熔化物不是靠汽化过程清除，而是另外用辅助气流吹除．气体喷嘴常与激光束同心．这种切割不存在蒸汽对激光束的反射与吸收问题．由于激光束投射到材料斜面时入射角很大，吸收的激光能量不足以维持连续的熔化，熔化过程只能一步一步地进展，因此切割边呈现波浪形花纹．这种方法主要应用于不能与氧发生放热反应的材料，如铝等．同时使用惰性气体或不活泼气体吹除．

2．7．2．3 反应熔化切割

利用激光束将材料加热到燃点(材料在纯氧中的燃烧温度)，然后通以能与材料发生放热反应的工业纯氧，使之发生化学反应，放出的热量为下一层切割提供能量．在切割低碳钢时，钢在纯氧中燃烧所放出的能量占全部热量的60%．因此这种方法所需激光能量只有汽化切割的1／20．

这种方法是应用最广的方法，主要用于钢和钛的切割．

2．7．2．4 控制断裂切割

控制断裂切割是指通过激光束加热，把易受热破坏的脆性材料高速、可控地切断．这种切割原理可概括为：激光束加热脆性材料小块区域，引起热梯度和随之而来的严重机械变形，使材料形成裂缝．

控制断裂切割速度快，只需很小的激光功率．功率太高会造成工件表面熔化，并破坏切缝边缘．