一、?激光平面切割特性
激光切割是激光最普通也最常見的工業(yè)應(yīng)用，超過80%的高功率工業(yè)激光器被用于激光切割。它使用經(jīng)聚焦的高能量密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、燒蝕或達(dá)到燃點(diǎn)，同時(shí)借助同軸高速氣流吹除熔融物質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)將工件割開，如下圖示：
一、?決定激光平面切割性能的要素
1)?與激光束相關(guān)的要素
主要是：
一、?決定激光平面切割性能的要素
?1)?與激光束相關(guān)的要素
主要是：
●? 激光功率， 通常激光功率越高，切割越快或切割厚度越大
●??激光模式（單模，多模），通常單模切割速度更快，多模更適合切割厚板
●??輸出形態(tài)（連續(xù)輸出，脈沖輸出），通常連續(xù)輸出切割速度快，但熱影響區(qū)相對(duì)較大，脈沖輸出切割速度較慢，但熱影響區(qū)較小
此外還有：波長，頻率，占空比
2)?與加工透鏡相關(guān)的要素
主要是：
●??聚焦鏡焦距：一般焦距越大，焦點(diǎn)光斑直徑就越大
●??焦點(diǎn)光斑直徑，由焦距和光纖芯徑共同決定。焦點(diǎn)光斑直徑越大，切割速度越慢，切割的厚度增加，反之亦然）。
●??焦點(diǎn)位置：即聚焦點(diǎn)到加工材料上表面的相對(duì)位置），通常氧氣切割時(shí)焦點(diǎn)在材料上表面上方，氮?dú)馇懈顣r(shí)焦點(diǎn)在材料上表面下方。
此外還有：擴(kuò)束鏡焦距，焦點(diǎn)深度（焦點(diǎn)深度越大，加工的穩(wěn)定性越高）
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3)?與噴嘴相關(guān)的要素
●??噴嘴直徑：決定這熔化、燃燒的可限制范圍，以及輔助切割氣體的流量
●??噴嘴位置：噴嘴距離加工材料上表面的距離
●??噴嘴結(jié)構(gòu)：常見有單層噴嘴，雙層噴嘴（對(duì)空氣的屏蔽效果好，利于切割氣體供應(yīng)能夠達(dá)到板厚的下部，從而提高切割質(zhì)量）
此外還有：噴嘴形狀（一般是圓形）
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4)?與輔助氣體相關(guān)的要素
●??氣體的種類：氣體的種類影響著加工質(zhì)量和加工能力。根據(jù)輔助氣體的不同，金屬激光切割通常是熔化切割（氮?dú)猓?、氧化切割（氧氣）和空氣切割（使用壓縮空氣）。
●??輔助氣體壓力：影響著熔化金屬從切縫中排出的情況
●??氣體的純度：氧氣的純度決定著燃燒的效率。一般氣體純度越高，切割質(zhì)量越好。
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5)?與加工材料相關(guān)的要素
板材的材質(zhì)和厚度會(huì)影響到激光能力的消耗。材料的表面狀況會(huì)影響到吸收能量激光的穩(wěn)定性，而加工形狀又會(huì)影響到熱量的擴(kuò)散。
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二、?各要素對(duì)激光平面切割性能的影響
在激光切割金屬的過程中，金屬材料吸收激光能量后轉(zhuǎn)化成熱量，從而熔化金屬材料。從熱平衡理論計(jì)算，總結(jié)出熔化切割具有以下經(jīng)驗(yàn)公式：
P=K*(t*v*w)
其中：
P代表材料吸收的激光功率；
K是一個(gè)固定數(shù)值，由板材決定；
t: 板材厚度
v: 切割速度
w: 切縫寬度
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在大輪廓切割板材時(shí)，采用高光束質(zhì)量（如單模）激光器時(shí)，切縫寬度w可以做到較窄，同樣的激光功率就實(shí)現(xiàn)很高的切割速度。同時(shí)由于切割速度較高，熱量在切縫橫向方向積累少，切縫下表面兩側(cè)的發(fā)黃痕跡也會(huì)較窄。
采用高光束質(zhì)量（如單模）激光器在小輪廓（比如小拐角）切割板材時(shí)，切割速度一般不高，但由于切縫寬度更窄，可以使用較低的激光功率，從而熱量在切縫橫向方向積累少，降低了拐角過燒。
?所以使用高光束質(zhì)量（如單模）激光器切割板材時(shí)，可以提高切割質(zhì)量和切割質(zhì)量。這在薄板熔化切割中尤其突出。在厚板切割時(shí)，為了利于排出更多的熔渣，一般會(huì)采用較寬的切縫，這時(shí)提高料吸收的激光功率更加有效。
激光功率， 通常激光功率越高，切割越快或切割厚度越大
l?激光模式（單模，多模），通常單模切割速度更快，多模更適合切割厚板
l?輸出形態(tài)（連續(xù)輸出，脈沖輸出），通常連續(xù)輸出切割速度快，但熱影響區(qū)相對(duì)較大，脈沖輸出切割速度較慢，但熱影響區(qū)較小
此外還有：波長，頻率，占空比
2)?與加工透鏡相關(guān)的要素
主要是：
l?聚焦鏡焦距：一般焦距越大，焦點(diǎn)光斑直徑就越大
l?焦點(diǎn)光斑直徑，由焦距和光纖芯徑共同決定。焦點(diǎn)光斑直徑越大，切割速度越慢，切割的厚度增加，反之亦然）。
l?焦點(diǎn)位置：即聚焦點(diǎn)到加工材料上表面的相對(duì)位置），通常氧氣切割時(shí)焦點(diǎn)在材料上表面上方，氮?dú)馇懈顣r(shí)焦點(diǎn)在材料上表面下方。
此外還有：擴(kuò)束鏡焦距，焦點(diǎn)深度（焦點(diǎn)深度越大，加工的穩(wěn)定性越高）
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3)?與噴嘴相關(guān)的要素
l?噴嘴直徑：決定這熔化、燃燒的可限制范圍，以及輔助切割氣體的流量
l?噴嘴位置：噴嘴距離加工材料上表面的距離
l?噴嘴結(jié)構(gòu)：常見有單層噴嘴，雙層噴嘴（對(duì)空氣的屏蔽效果好，利于切割氣體供應(yīng)能夠達(dá)到板厚的下部，從而提高切割質(zhì)量）
此外還有：噴嘴形狀（一般是圓形）
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4)?與輔助氣體相關(guān)的要素
l?氣體的種類：氣體的種類影響著加工質(zhì)量和加工能力。根據(jù)輔助氣體的不同，金屬激光切割通常是熔化切割（氮?dú)猓⒀趸懈睿ㄑ鯕猓┖涂諝馇懈睿ㄊ褂脡嚎s空氣）。
l?輔助氣體壓力：影響著熔化金屬從切縫中排出的情況
l?氣體的純度：氧氣的純度決定著燃燒的效率。一般氣體純度越高，切割質(zhì)量越好。
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5)?與加工材料相關(guān)的要素
板材的材質(zhì)和厚度會(huì)影響到激光能力的消耗。材料的表面狀況會(huì)影響到吸收能量激光的穩(wěn)定性，而加工形狀又會(huì)影響到熱量的擴(kuò)散。
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二、?各要素對(duì)激光平面切割性能的影響
在激光切割金屬的過程中，金屬材料吸收激光能量后轉(zhuǎn)化成熱量，從而熔化金屬材料。從熱平衡理論計(jì)算，總結(jié)出熔化切割具有以下經(jīng)驗(yàn)公式：
P=K*(t*v*w)
其中：
P代表材料吸收的激光功率；
K是一個(gè)固定數(shù)值，由板材決定；
t: 板材厚度
v: 切割速度
w: 切縫寬度?
在大輪廓切割板材時(shí)，采用高光束質(zhì)量（如單模）激光器時(shí)，切縫寬度w可以做到較窄，同樣的激光功率就實(shí)現(xiàn)很高的切割速度。同時(shí)由于切割速度較高，熱量在切縫橫向方向積累少，切縫下表面兩側(cè)的發(fā)黃痕跡也會(huì)較窄。
采用高光束質(zhì)量（如單模）激光器在小輪廓（比如小拐角）切割板材時(shí)，切割速度一般不高，但由于切縫寬度更窄，可以使用較低的激光功率，從而熱量在切縫橫向方向積累少，降低了拐角過燒。
?所以使用高光束質(zhì)量（如單模）激光器切割板材時(shí)，可以提高切割質(zhì)量和切割質(zhì)量。這在薄板熔化切割中尤其突出。在厚板切割時(shí)，為了利于排出更多的熔渣，一般會(huì)采用較寬的切縫，這時(shí)提高料吸收的激光功率更加有效。