总结激光切割机种类

      激光切割机大致可分为汽化切割机、熔化切割机、氧助熔化切割机和控制断裂切割机，其中以氧助熔化切割机应用最广，根据切割材料可分为金属激光切割机和非金属激光切割机。

1.汽化切割机

当高功率密度的激光照射到工件表面时，材料在极短的时间内被加热至汽化点，部分材料化作蒸气逸去，形成割缝，其功率密度一般为10*W/cm级，是熔化切割机制所需能量的10倍，这是大部分有机材料和陶瓷所采用的切割方式。汽化切割机理可具体描述如下：

(1)激光束照射工件表面，光束能量部分被反射，剩余部分被材料吸收，反射率随着表面继续加热而下降。

工件表温升高到材料沸点温度的速度非常快，足以避免热传导造成的熔化。蒸气从工件表面以近声速飞快逸出，其加速力在材料内部产生应波，当功率密度大于10°W/cm2时，应力波在材料内的反射会导致脆性材料碎裂，同时它也升高蒸发前沿压力，提高汽化温度。

(4)蒸气随身带走熔化质点和冲刷碎屑，形成孔洞，汽化过程中，60%的材料以熔滴形式被去除。

(5)当功率密度大于108W/cm2时，形成类似于点载荷的应力场，应力波在材料内部反射如发生过热，来自孔洞的热蒸气由于高的电子密度会反射和吸收入射激光束。这里存在一个最佳功率密度，对不锈钢，其值为5×108W/cm2,超此值，蒸气吸收阻挡了增加的功率，吸收波开始从工件表面朝光束方向移开。

(7)对某些光束局部可透的材料，热量在内部吸收，蒸发前沿发生内沸腾，以表面下爆炸形式去除材料。

2.熔化切割机

利用一定功率密度的激光加热熔化工件，同时借与光束同轴的非氧化性辅助气流把孔洞周围的熔融材料吹除、带走，形成割缝。其所需功率密度约为汽化切割的1/10。熔化切割的机理可概括如下：

 (1)激光束射到工件表面，除反射损失外，剩下能量被吸收，加热材料并蒸发出小孔。

(2)小孔形成后，作为黑体吸收所有光束能量，被熔化金属壁所包围，依靠蒸气流高速流动，使熔壁保持相对稳定。

(3)熔化等温线贯穿工件，依靠辅助气流喷射压力将熔化材料吹走。随着工件移动，小孔横移并留下一条切缝，激光束继续沿着这条缝的前沿照射，熔化材料持续或脉动地从缝内被吹掉。对薄板材料，切割速度过慢会使大部分激光束直接通过切口白白损失能量，速度提高使更多光束照射材料，增加与材料的藕合功率，获得保证切割质量的较宽参数调节区。对厚板材料，由于激光蒸发作用或熔化产物移去速度不够快，光束在割缝内材料切面上多次反射，只要熔化产物能在它被冷气流凝团前除去，切割过程将继续进行。所有激光切割口边缘都呈条纹状，其原因是：切割过程开始于导致氧燃烧的某功率值，而在较低的功率水平停止；切割断面陡立，以致在它上面的功率密度不能持续地维持熔化过程，而在切割面形成台阶，使切割面在切割过程中间歇地前进；切割产生的吸收或反射等离子或烟雾可引起间歇效应。

3.氧助熔化切割机

利用激光将工件加热至其燃点，利用氧或其他活性气体使材料燃烧，由于热基质的点燃，除激光能量外的另一热源同时产生，同时作为切割热源。氧助溶化切割其机制较为复杂，简要分析如下：

(1)在激光照射下，材料表面加热到达燃点温度。随之与氧气接触，发生激烈燃烧反应，放出大量热量。在此热量作用下，材料内部形成充满蒸气的小孔。小孔周围被熔融金属壁所包围。

(2)蒸气流运动使周围熔融金属壁向前移动，并发生热量和物质转移。

(3)氧和金属的燃烧速度受控于燃烧物质转移成熔渣，和氧气扩散通过熔渣到达点火前沿的速度。氧气流速越高，燃烧化学反应和材料去除速度也越快。同时，也导致切缝出口处反应产物—氧化物的快速冷却。

(4)最后达到燃点温度的区域，氧气流作为冷却剂，缩小热影响区。

(5)显然，氧助切割存在着两个热源：激光照射能和氧一金属放热反应能。粗略估计，切割钢时，氧放热反应提供的能量要占全部切割能量的60%左右。很明显，与惰性气体比较，使用氧作为辅助气体可获得较高的切割速度。

(6)在有两个热源的氧助切割过程中，存在着两个切割区域：一个区域是氧燃烧速度高于光束行进速度，这时割缝宽且粗糙；另一个区域是激光束行进速度比氧燃烧速度快，所得切缝狭窄而光滑。这两个区域间的转折是个突变。

4.控制断裂切割机

通过激光束加热，易受热破坏的脆性材料高速、可控地切断，称为控制断裂切割。其切割机理可概括为：激光束加热脆性材料小块区域，引起温度梯度剧变和随之而来的严重热变形，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。控制断裂切割主要可控参数是激光功率和光斑尺寸。