常用工程材料的激光切割
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98页（3066字）
2．7．4．1 金属材料的激光切割
(1)碳钢 一般情况下，10mm以内的碳钢可进行氧助激光切割，切缝窄，效果良好．板厚最小可至0．1mm上下，其影响区，特别对低碳钢，几乎可不与考虑．碳钢的切缝光滑，清洁而平整，垂直度好．切割实践证明，含杂质低的冷轧(优质)钢切边质量优于热轧钢．
高碳钢切边质量略有改善，但其热影响区稍有扩大．
对于镀锌或涂塑薄钢板(板厚0．5～2．0mm)，激光切割速度快，省材料，也不会引起变形．切缝附近热影响区校近缝区锌或塑料涂层不受损坏．
(2)不锈钢 在严格控制激光切割过程中的热输入时，可以使切边热影响区变得很校从而很有效地保持此类材料的良好耐腐蚀性．
不锈钢激光切割，与同样厚度的普通钢切割相比，其切割速度稍慢，所需要的激光功率和O2压力都较高．
对不含镍的马氏体不锈钢和铁素体不锈钢而言，激光切割则可获得清洁、光滑的切边质量．
(3)合金钢 大多数合金结构钢和合金工具钢都能用切割方法获得良好的切边质量，在激光切割可能切割的厚度范围内，只要工艺参数控制得当，要获得平直、无粘渣切边并不十分困难；但对含钨的高速工具钢和热模钢，激光切割时会发生熔蚀和粘渣现象．
(4)铝及其合金 铝合金切割所用辅助气体，主要用来从切割区吹掉熔融产物，并不需要靠它来发生放热化学反应取得附加热量，属于熔化切割机制．
铝合金激光切割时，比钢切割需要更高的激光能量密度．
(5)钛及其合金 纯钛能很好地吸收激光能，用氧助切割可提高切割速度，但切边有较厚氧化层．激光切割Ti-6Al-4V钛合金构件，切割速度快，切边不需再抛光，底部切边有少许粘渣，但容易清除．
(6)其他合金 铜对CO2激光束的吸收能力比铝还差，高的反射率使它一般不能用激光切割．但黄铜(铜合金)可部分吸收激光束，因此在较大功率下较薄的板材可用激光切割，背面有粘渣．
镍合金品种很多，其中大多数都可实施氧化熔化切割．
2．7．4．2 非金属材料的激光切割
非金属材料是红外波长CO2激光束的良好吸收体．由于热导率校因此热量的传导损失很小．沸点低，使它几乎能吸收入射光束的全部能量，并很快蒸发．
(1)有机材料 主要介绍以下几种有机材料的激光切割．
①木材切割．激光切割木材有两种不同的基本机制：瞬间蒸发和燃烧．激光切割木材取决于切割时功率密度的大小．瞬间蒸发是木材切割较理想的切割机制．
激光能有效切割木材、层压板和木屑板，没有锯屑，可在任何方向切割任何图形，没有工具磨损与噪声．另外，激光切口精细、切边没有撕切和绒毛，这都是通常的锯切工艺所不能比拟的．切边略呈碳黑，尤其当切割厚板需要放慢速度时，激光切面有较深的炭化痕迹．
②塑料切割．激光作为强热源，利用其高能量密度可汽化胶合剂，很快地破坏聚合体材料聚合链，从而顺利实施对塑料的切割．
试验证明，低熔热塑料切割只要控制工艺就可获得无毛刺的底边．切缝光滑、平整，热抛边缘是由重熔凝固造成．对高强度塑料，由于需要较高的单位光能强度以破坏其连接强链，切割中经常会有燃烧发生，使切边产生不同程度的炭化．
新的轻质纤维增强塑料用通常的切割工具很难加工，可在层叠固化前用激光切割薄片；但对固化后的厚断面工件，特别是像硼及碳纤维一类材料，激光切割也较困难．
③橡胶切割．一般来说，20mm以下的天然与合成橡胶都可在聚焦激光束加热下汽化而被切断．它既无机械变形，切边附近也不会发生硫化作用，切缝精确，切割速度高．
橡胶切割时要控制工艺参数防止切边发粘．对某些材料，特别是含碳黑的橡胶，切割后需要清理切边边缘的炭化．
④纸切割．激光切割纸张质量高，切边光滑、结实、坚固，可以完全避免机械切边强行拉开纤维而变毛糙的缺点．只要控制好工艺变量，激光切纸的切边不会出现焦斑．
⑤布料、纤维切割．布料单层切割，其切割速度可高达20m／min以上，也可层叠切割，其层叠厚度可超过50cm．激光切割布料的主要优点是无碎片和尘埃．切割某些合成纤维时，还会自行热封边．
(2)无机材料 主要介绍以下几种无机材料的激光切割．
①陶瓷切割．陶瓷材料由于导热性差和几乎没有塑性，因此一般的冷、热加工都很困难．激光切割陶瓷属于可控导向断裂．陶瓷切割采用较小激光输出功率进行．在不同功率控制下，切割速度可在较宽范围选择．在连续波CO2激光束条件下，如果功率过高，将导致材料无规则龟裂而使切割失败．
②石英切割．石英热膨胀系数较低，对激光切割适应性好．虽然切缝附近有个浅热影响区，但切边质量好，无裂纹，切面光滑，不需再进行辅助清理．切割厚度达10mm，切速比锯切加工高2个数量级，且工件不承受任何冲击力，切缝窄．
③玻璃切割，激光束瞬间加热使玻璃汽化，在辅助气体作用下，部分熔融态玻璃被吹掉，从而实施切割作用，对于膨胀系数低的玻璃，在适当的预热热循环措施下，可进行激光切割，但对大多数玻璃(包括钠钙玻璃)，在激光热冲击下易产生裂纹，并沿切边扩展，故一般不适用激光切割．
2．7．4．3 复合材料的激光切割
复合材料有不同类型，即有不同的组合，对性质相同的两种或多种材料组合，一般切割并不困难，对两种切割性能完全不同的材料组合，总是先切割具有较好切割性能的材料的那一面，这样比较容易获得好的切割质量．
2．7．4．4 其他特种材料的激光切割
对于具有高硬度、高熔点的碳化钨及碳化钛等为硬质点，钢为粘结相的硬质合金来说，如果采用电火花切割，则生产率很低，而采用强化工艺参数的激光切割可获得满意结果，不但没有降低原材料的硬度，而且切边还形成比基材硬度还高的特殊硬化层．