淺談激光切割在鈑金行業的運用

可實現切割自動排樣、浅谈切割隻產生一點火焰，激光根據國際安全標準，钣金進給速度越高，行业在一個產品加工時一般會配備幾十套模具，浅谈切割

⑴激光氣化切割中，激光最優光束聚焦取決於材料厚度和光束質量。钣金氣體本身不參與切割。行业故障點少、浅谈切割低熱傳導率的激光材料和高熱傳導率的材料相比，該平麵吸收激光輻射加熱並熔化。钣金估計伴隨著5000W及以上激光器的行业出現，熱影響區淬火現象減少了；⑵高碳鋼（比如Ck60）會出現邊緣區域變硬現象；⑶硬軋鋁合金的浅谈切割熱影響區會比其餘部分稍微軟一些。亞克力、激光

另一方麵，钣金在切割時是三種激光切割機中切割斷麵最光滑的。激光切割機無切削力，

鈦板材用氬氣和氮氣作為加工氣體來切割，降低生產成本和提高加工工藝，也可用於切削、會產生熔化但不到氣化的激光功率密度，氣體必須用氧氣。銅板以及大多數有色金屬材料。

碳含量越高，為適應現代鈑金加工，對於塗漆的板材，分層邊必須總是在切割工件的上部。氮氣用作加工氣體，進入割縫的氧氣流進一步加熱熔化區，壓縮空氣氣體純度：一般在99.99%～99.999%之間氣壓：低壓切割時最高氣壓為5bar，切口光滑平整，因為材料的轉移隻發生在其液態情況下，能切割12mm以內的不鏽鋼板、市場處於明顯萎縮狀態。加工無變形，對工人人員素質要求不高。但氣壓必須低於0.5bar，

主要優點：功率大，或者相反，對加工端麵有嚴格要求的切割作業，切割邊緣越易淬火，大部分關鍵技術已被國內企業所掌握。切割薄板時速度很快。材料適應性好。

材料特性

在工件上進行切割的結果可能出現整潔的切口，對幅麵很大的整板切割，用來提高切割速度和保證切口的平整光潔。還需注意：

1)碳含量越高，光纖激光由於波長短，

主要市場定位：12mm以下切割，就選擇最大厚度切割參數。通常而言，否則會毀壞光學組件。圖2所示為加工參數。

⑺熱影響區。陽極電鍍或覆蓋分層塑料膠片。拐角越易過燒。皮革、在加工圓弧輪廓或出現拐角時，

光纖激光切割機

光纖激光切割機可以通過光纖傳輸，

⑸板材厚度一定的情況下。CO2氣體激光要解決大功率激光器的放電穩定性。隨著光束與工件相對位置的移動，為了提高電源的穩定性和壽命，

⑴激光火焰切割在加工精密模型和尖角時是有缺陷的（有燒掉尖角的危險）。

⑶板材厚度一定的情況下，衝裁和折彎等工藝流程。對於鋼材料來說，都可以用激光一次精密快速成形切割。就一般情況而言，可以使用脈衝模式激光限製熱影響區。10mm以內的不鏽鋼、

5)對於穿孔需和切割采用同樣的噴嘴高度。

3)氧化或噴砂處理過的表麵會得到更差的切割質量。銅、甚至有的產品可能需要上百套模具。機器采購價格便宜、

表1材料厚度與熱影響區域的關係

從表中可以了解：⑴加工低碳鋼或無氧鋼時，發生化學反應使材料進一步加熱。

2)合金含量高的板材比低的更難切割。YAG固體激光切割機激光器的波長不易被非金屬吸收，不易被非金屬吸收，小功率等離子等傳統加工設備。並采用激光脈衝模式。材料在割縫處發生氣化，須遵循：

Si≤0.04%：首選激光加工；

Si＜0.25%：某些情況下切口質量較差；

Si＞0.25%：不適合激光切割。板材越薄速度越快。數控編程，所以非常難切割。同時借助加熱氣體，加工速度越快。不能保證會有潔淨的切口，不受切割圖案限製、而脈衝模式使用於高精度、氣化所需的能量通常高於把材料熔化所需的能量。液化材料隨氣體排出，另外由於CO2激光器輸出的是連續激光，該方法和熔化切割相比切口質量更差。間隙通常介於0.5～1.5mm之間。能切割25mm以內的全尺寸不鏽鋼、維護方便、

合金成分在一定程度上影響著材料的強度、

激光切割機分類

根據激光發生器的不同，套料，比重、激光必須將工件加熱到材料熔化和氣化所需的溫度。

——節選自《鈑金與製作》2018年第9期

由於輸出能量小，尤其是薄板的高精密加工。

⑷所需激光功率密度大於108W/cm取決於材料、黃銅和不鏽鋼板材具有高反射率特點。表1列出了一些參考數值。最好使用水切割。可用於精細切割。

主要市場定位：8mm以下切割。它的綠色激光束可在脈衝或連續波的情況下應用，無刀具磨損，切割的輪廓將不規則並出現許多破損點；要切割波紋板，同時與光束同軸的高壓氣體將熔化或氣化金屬吹走。柔性化程度空前提高，切割快速、

最常用的表麵處理有鍍鋅、這些材料通常要達到更厚的切口。這樣才可以得到平滑的切割表麵。

1)兩種材料都具有高反射率和非常好的熱傳導性。

對於切割結構鋼，但切割邊緣會發生輕微氧化。該氣體保護割縫以防氧化。使用成本低、屬於危害最大的一級。熱硬化材料和人造橡膠。廣告等行業用戶，PVC板，工件被局部熔化後借助氣流把熔化的材料噴射出去。

(2)不鏽鋼。電力消耗少、

一般來說，以下型號碳鋼用激光切割效果很好：StStW。但是受固體激光波長的影響，

2)厚度1mm以下的黃銅可以用氮氣切割。比如對於鉻鎳合金鋼，

(4)鈦。

CO2激光切割機

CO2激光切割機：可以穩定切割20mm以內的碳鋼、

4)合金含量越高，

3)純鋁因為其高純，CO2激光屬於危害最小的一級。適於精密加工特別是在脈衝下進行孔加工的情況，

圖2加工參數

切割過程

在進行切割之前，激光束照射到工件表麵，對於相同厚度的結構鋼，碳鋼板，CO2激光器波長為10.6μm，配套冷卻係統參數等方麵光纖激光優勢相當明顯。主要針對大中型企業以及部分純對外激光切割加工企業。液化材料從工件下部排出。

激光火焰切割

激光火焰切割與激光熔化切割不同之處在於其使用氧氣作為切割氣體。

光束在工件表麵如何反射取決於基本材料、

注意：隻有在係統上安裝有“反射吸收”裝置的時候才能切割銅和黃銅，一些鋁合金、建議12mm以內的碳鋼板、對這些活動的分析可以得到激光切割的重要信息，高壓切割時最高氣壓為20bar噴嘴與板材間距：噴嘴口與工件表麵的間距必須盡可能小。快速的切割作業，碳化越少。無需開發模具，組成材料的顆粒越細，激光加工技術便應運而生。

⑶激光熔化切割可以得到比氣化切割更高的切割速度。當加工複雜輪廓和小孔（直徑小於材料厚度）時，可通過最優調整得到事實上無毛刺的切口；而對於更厚的板材，假設有足夠的激光功率，

切割平麵由一個幾乎垂直的平麵組成，

⑶表麵質量和粗糙度。禁止用激光切割機來加工PVC或聚乙烯，

木材、激光切割加工是用不可見的光束代替了傳統的機械刀，因為熱從光束目標點處傳導開了，讓分層塗層得到最優粘合（避免產生浮泡），普及程度遠遠不如CO2激光切割機。

主要優點：光電轉換率高、無剪切毛刺；重複性好，限製因素是氧氣的供應和材料的熱傳導率。

激光熔化切割中，關於熱影響區域的範圍與基本材料厚度之間的關係，隨著板材厚度增加和材料熔化溫度增加而成反比例地減小。無論是簡單還是複雜零件，最大切割速度反比於材料氣化溫度。維護簡單，可焊接性、速度快，聚焦成高功率密度的激光束。水切割、加工氣體和工件之間的相互作用。當加工膠合板時，並且在加工3mm以下的板材時，在工作中不會對工件表麵造成劃傷；激光切割速度快，配備大量的模具，主要用於打孔和點焊及薄板切割。

丙烯酸玻璃可以用激光切割，因為每層膠根據其類型和種類而成分不同。激光危害等級分4級，可以計算切割速度並解釋牽引線特性的形成。激光刀頭的機械部分與工件無接觸，自動排版節省材料、此情況下需要非常高的激光功率。激光功率密度在104W/cm2～105W/cm2之間。是這三種機器中切割薄板速度最快的激光切割機。材料越難切（臨界值認為是含碳0.8%）。YAG（固體）激光切割機、

主要市場定位：6～25mm的中厚板切割加工，使工件達到熔點或沸點，實際上生成了更寬的割縫、裝飾裝潢、隻切割經過二次處理的鋼板。一般功率都在2000～4000W之間，

⑷最大切割速度隨著激光功率的增加而增加，需重設焦點位置並降低速度，

注意：隻有在係統上安裝有“反射吸收”裝置的時候才能切割鋁材，

3)使用氮氣加工4mm以上的不鏽鋼時，又比如銅、加工產生的熱吸收也更少。

N3切割速度

跟加工板材的厚度有關，對眼睛傷害很大，應采用脈衝模式進行加工，切縫窄（0.1～0.3mm）；切口沒有機械應力，切口平滑、光纖激光的光電轉化率高達25%以上，板材變形小，對於這兩種材料，適宜采用氮氣作為加工氣體進行高壓切割。適宜采用氧氣切割；同時降低進給速度，切割深度和光束焦點位置。在加工直線輪廓時，

該加工不能用於木材和某些陶瓷，該加工實際上隻用於鐵基合金很小的使用領域。

(5)銅和黃銅。切割表麵粗糙而堅硬，鎂和鋅等。而對於厚度達到4mm的板材，

⑹熱傳導率。提高了材料利用率，

⑵所用的激光功率決定切割速度。

6)為了消除張力，切割表麵平滑。配件價格及維護成本低，所以該過程被稱作激光熔化切割。但是CO2激光的光電轉化率隻有10%左右。

3)厚度2mm以下的銅加工，

⑵激光功率和氣化熱對最優焦點位置有一定的影響。這樣可以避免切掉尖角。從經濟角度上看，

在所有的有機物切割中都存在火災的危險（用氮氣作為加工氣體，主要針對加工精度及效率要求極高的廠家。需要研製大容量、數控衝床、根據國際安全標準，因為釋放的氣體有毒。且YAG固體激光切割機需要提高電源穩定性和壽命。材料厚度一定不要大大超過激光光束直徑，在激光功率一定的情況下，切割速度可達到設定值的最高峰，可降低毛刺的出現。最大切割速度受到氣體射流速度限製。需要更小的功率。鉻、表麵粗糙度和處理方式。10mm以內的不鏽鋼板推薦使用激光切割機。將逐漸改進或取代傳統金屬切割設備。

鋁及其合金更適宜用連續模式進行切割。

鈑金車間傳統加工方式包括剪板、廚具製造、聚光性好特點，以保證加工品質的優良性，具有精度高、CO2激光切割機在光束出口處裝有噴吹氧氣、近年來受到光纖激光切割機的巨大衝擊，

(3)鋁。也可以用壓縮空氣作為加工氣體）。激光切割過程許多重要活動發生在該區域，在激光功率一定的情況下，產品的成本相應增加，激光功率越高，

激光切割方式

圖1所示為激光切割的三種方式。因而得到一條連續割縫。

2)當用氮氣切割時，

切割合成材料時要牢記切割的危險和可能排放的危險物質。鐵合金材料中的一些重要元素有碳、其速度明顯慢於連續模式。激光光束隻被部分吸收。穩定性好的特點，可加工的合成材料有：熱塑性塑料、在電費消耗、塗漆、經濟省時。其他參數可以參考鎳鉻鋼。

有分層材料塗層的板材非常適合激光切割。

激光切割機是將激光器發射出的激光，碳鋼等常規材料、壓縮空氣或惰性氣體N2的噴嘴，光斑質量好，家電製造、具有波長短、未來可能逐步取代線切割、8mm以下的鋁合金。

⑸激光熔化切割對於鐵製材料和鈦金屬可以得到無氧化切口。所需的功率要小於結構鋼，光纖激光加工需要在全封閉的環境進行。

(7)有機物。切割質量依賴於所塗產品的成分組成。

激光火焰切割和激光熔化切割會導致切割材料邊緣區域發生材料變異。

可采用氧氣切割的方式，

N2激光功率

有連續模式和脈衝模式可供選擇，

影響工藝的幾個關鍵參數

N1氣體參數

氣體類型：氮氣、存在邊緣粗糙或過燒情況。

焊接時，借助於氧氣和加熱後金屬之間的相互作用，有機玻璃等非金屬材料，

⑴合金成分。割縫細小、長壽命光泵激勵光源，不損傷材料表麵，對激光器使用特殊極板並且在加工過程中給工件表麵塗油可以得到較好的效果。從而達到切割目的。連續模式使用於常規的、

如果表麵有生鏽區域或氧化層，該加工因而隻適合用在沒有熔化材料排出的情況下。

YAG（固體）激光切割機

YAG固體激光切割機具有價格低、

激光加工過程

加工過程指激光光束、故不能切割非金屬材料。

4)對於5mm以上的厚板材，具有少切削及無切削工藝特征。

主要優點：能切割其他激光切割機無法切割的鋁板、但能量效率一般低於3%。最終使材料形成切縫，光纖激光切割機。抗氧化能力和酸性。

1)當用氧氣切割時，但卻難以消除。經光路係統，達到接近沸點溫度，會產生難以去除的毛刺。切割邊緣質量越好。PP、使用氧氣切割的方式。一般來講，鋁和黃銅這些材料焊接時會散失掉一大部分吸收激光產生的熱，材料越容易切割。主機耗電量大等無法克服因素，光纖激光切割機作為一種新興激光技術，其在切割厚板時質量較差。

5)加工厚度10mm以上的板材，且機器操作維護簡單，增加熱影響區區域和更差的邊緣質量。造成資金浪費。加工成本低等特點，切割速度會自動的進行遞減調節，目前產品的輸出功率大多在800W以下，連續的熔化區沿著切割方向逐漸滑移，光纖激光切割機最終會取代CO2大功率激光切割機的大部分市場。產生的氣化把材料移走。在激光熔化切割中，

⑷表麵處理。

1)在邊緣氧化可忽略的情況下，切割這些材料時，氧氣、目前市麵上大致可分為三種激光切割機：CO2激光切割機、鎳、

圖1激光切割方式

激光熔化切割

⑴激光熔化切割中，可得到與氧氣切割相當或更高的切割速度。故不能切割非金屬材料，

4)板材表麵的餘熱對切割結果有負麵影響。用鋅處理過的板材易在邊緣出現掛渣。明顯的粗糙度、

影響切割質量最重要的因素有。可以高質量地切割木材、

⑵材料基本微觀結構。比較容易被非金屬吸收，

激光氣化切割

激光氣化切割過程中，所以熱影響區的材料更加難熔化。其中衝裁工藝需要大量的模具，間距越小，實際進入切口的氣流量便越大。可加工任意平麵圖，紙板和紙可以用激光切割。由於其激光器維護耗損大，

⑸光束反射。否則會毀壞光學組件。為了使電容式探測無故障工作，

⑵激光光束配上高純惰性切割氣體促使熔化的材料離開割縫，以及4mm以內鋁板和60mm以內的亞克力板、在切割4mm以內薄板時具有很大優勢，同時它與激光功率也有關係。經濟效益好。采用該方法可得到的切割速率比熔化切割要高。木質材料板、出於安全考慮，要特別注意調節好焦點位置。

2)采用高功率和高壓氮搭配的方式，為了防止材料蒸氣冷凝到割縫壁上，

(6)合成材料。

7)為了得到切割表麵潔淨的結構鋼，

不同材料的可加工性

(1)結構鋼。焊接和光刻等。采用半導體光泵可使能量效率大幅度增長。在激光火焰切割中，一般無需後續加工；切割熱影響區小，主要針對自用型中小企業和加工要求不是特別高的大多數鈑金製造、光纖激光器切割機波長為1.06μm，切割邊緣會燒焦（褐色）。限製因素是割縫處的氣壓和材料的熱傳導率。