《激光切割技术》课件2

激光切割技术激光切割技术作为一种先进的材料加工方法，已经广泛应用于现代工业生产中它利用高能量密度的激光束作为切割工具，能够精确地加工各种材料，从金属到非金属，从简单形状到复杂图案本课件将系统介绍激光切割技术的基本原理、设备结构、工艺参数、应用领域以及发展趋势，帮助学习者全面了解这一重要的现代制造技术通过深入学习，您将掌握激光切割技术的核心知识，为实际应用打下坚实基础课程概述基础知识激光切割技术的定义、历史发展与基本原理设备与工艺激光切割设备结构、各类激光器特点与工艺参数材料与应用可切割材料类型、质量控制与行业应用发展与展望技术优势、局限性与未来发展趋势本课程共八章内容，从激光切割的基础概念到前沿技术应用，全面系统地介绍激光切割技术通过理论学习与案例分析相结合的方式，帮助学习者建立完整的知识体系第一章激光切割技术简介基本概念激光切割的定义、历史发展与基本工作原理核心原理激光能量传递、材料相互作用与热力学过程技术特点精度高、速度快、适应性强等优势分析本章将从激光切割技术的基础概念入手，介绍其发展历程、工作原理和主要技术特点，为后续章节奠定理论基础通过了解激光切割的基本原理，学习者将能够理解该技术在现代制造业中的重要地位激光切割的定义技术定义工作过程激光切割是利用高功率密激光束聚焦成小光斑，产度激光束作为热源，将材生极高能量密度，同时配料迅速加热至熔点或沸点，合辅助气体吹走熔融物质，通过熔化、汽化或化学反形成切缝，实现材料的精应使材料分离的一种精密确分离加工技术技术地位作为现代制造业中的关键技术，激光切割已成为精密加工、快速成型和柔性制造的重要工具，是先进制造技术的代表之一激光切割技术结合了激光物理、材料科学、计算机控制等多学科知识，能够实现对各种材料的高效、精确加工，满足现代工业对高质量、高效率、低成本制造的需求激光切割的历史发展年代119601960年第一台激光器诞生，1967年激光切割技术首次用于工业生产，主要应用于切割钢板年代21970-1980CO2激光器技术成熟，激光切割设备逐渐应用于汽车、航空等领域数控技术与激光切割结合，提高了加工精度年代31990-2000固体激光器和光纤激光器出现，切割速度和精度大幅提升计算机辅助设计与制造技术推动激光切割智能化发展年至今42000高功率光纤激光器普及，自动化、智能化激光切割系统出现3D激光切割技术发展，应用领域不断扩大激光切割技术在半个多世纪的发展中，从简单的二维切割发展到复杂的三维加工，从单一的金属材料扩展到多种材料类型，切割精度和效率不断提高，已成为现代制造业不可或缺的关键技术激光切割的基本原理激光产生通过受激辐射放大原理，在激光器中产生高强度、高方向性、高单色性的激光束光束聚焦⁶利用聚焦镜将激光束汇聚成微小光斑，形成极高能量密度（可达10-⁹10W/cm²）材料作用激光能量被材料吸收转化为热能，使材料快速升温至熔点或沸点熔融物清除辅助气体（氧气、氮气等）吹走熔融或气化的材料，形成切缝，完成切割过程激光切割本质上是一种热加工过程，其核心在于利用高能量密度的激光束使材料局部熔化或气化不同的切割模式（熔化切割、氧化切割、蒸发切割等）对应着不同的物理化学过程，适用于不同材料和应用场景激光切割的特点高精度加工•切缝窄（

0.1-

0.5mm）•定位精度高（±

0.05mm）•边缘质量好，垂直度高高效率生产•切割速度快（可达10-20m/min）•启动快，无需预热•适合小批量、多品种生产适应性强•可加工各种材料•可切割复杂形状•工艺参数易调整无接触加工•无机械应力，变形小•无刀具磨损•降低材料浪费激光切割技术集成了多项优势，使其在现代制造领域占据重要地位它不仅能满足高精度、高效率的生产需求，还能适应不同材料和复杂形状的加工要求，为工业设计提供了更大的自由度第二章激光切割设备设备结构激光器类型₂激光切割机的基本组成部CO激光器、光纤激光器、分与工作原理固体激光器等不同类型及其特点控制与辅助系统数控系统、气体辅助系统、冷却系统等关键部件分析本章将详细介绍激光切割设备的基本结构和工作原理，分析各类激光器的特点及适用范围，并深入探讨控制系统和辅助系统的功能与作用通过了解激光切割设备的组成与工作原理，学习者将能够更好地理解和优化激光切割工艺激光切割机的基本结构激光器光路系统产生激光的核心部件，决定切割能力和包括反射镜、聚焦镜等，控制激光传输适用材料和聚焦冷却系统工作台维持激光器工作温度，保证设备稳定支撑和固定被加工工件，通常采用蜂运行窝结构辅助气体系统运动控制系统提供辅助气体，帮助清除熔融物并保护控制切割头或工作台的运动，实现预设聚焦镜轨迹切割激光切割机由多个系统协同工作，每个部分都对切割效果有着直接影响其中激光器作为核心部件，决定了设备的功率和切割能力；而精密的光路系统和运动控制系统则确保了切割的精度和稳定性激光器类型激光器类型工作原理波长范围最大功率优势应用₂CO激光器气体分子能级

10.6μm20kW以上非金属、低反跃迁射率金属光纤激光器掺稀土元素光

1.06μm100kW以上各类金属，尤纤其是反射性金属固体激光器晶体或玻璃中

1.06-

1.07μm6kW左右精密加工，薄掺杂材料半导体激光器P-N结电子跃

0.8-1μm10kW左右低功率应用，迁焊接不同类型的激光器因其波长、功率和光束质量等特性，在切割不同材料时表现出各自的优势选择合适的激光器是激光切割成功的关键因素之一近年来，光纤激光器因其高效率、低维护和优异切割性能而逐渐成为市场主流₂激光器CO工作原理技术特点₂₂₂CO激光器是一种气体激光器，利用CO、N和He气体混•波长较长

10.6μm，非金属材料吸收率高₂合物作为工作介质在电激励下，N分子被激发，并通过碰•功率范围广几百瓦至数万瓦₂撞将能量传递给CO分子，使其产生能级跃迁，从而发射波•光束质量好，适合精密切割长为

10.6μm的红外激光•投资成本相对较低激光在谐振腔内经多次反射放大后，通过输出镜射出，形成•维护要求较高，需定期更换气体可用于切割的激光束₂₂CO激光器是最早应用于工业切割的激光器类型，尽管近年来光纤激光器发展迅速，但CO激光器在非金属材料切割领域仍具有不可替代的优势，特别是在亚克力、木材、纸张等材料的高质量切割方面表现出色光纤激光器工作原理利用掺稀土元素主要是镱Yb的双包层光纤作为增益介质，通过半导体激光器泵浦，产生波长约

1.06μm的近红外激光核心优势电光转换效率高可达30%，维护成本低，使用寿命长10万小时以上，光束质量优异，适合各类金属材料的高效切割技术特点光纤传输，结构紧凑；波长短，被金属材料吸收率高；功率密度大，切割速度快；散热性好，稳定性高应用领域适用于碳钢、不锈钢、铝合金等各类金属材料的高速、高质量切割，尤其在中厚板切割中表现突出光纤激光器因其高效率、低维护和卓越的切割性能，已成为现代激光切割设备的主流选择它彻底改变了激光切割行业格局，使激光切割技术在金属加工领域的应用更加广泛，特别是对反射性强的材料如铜、铝等的切割能力大大提高固体激光器工作原理主要类型利用掺杂稀土离子如钕Nd或镱Yb的•Nd:YAG激光器钕钇铝石榴石₄₄晶体如YAG、YVO或玻璃作为增益•Nd:YVO激光器钕钒酸钇介质，通过闪光灯或半导体激光器泵•盘式激光器薄盘状晶体浦，产生波长约

1.06μm的激光•slab激光器板条状晶体技术特点•光束质量好，聚焦性强•脉冲特性优良，峰值功率高•波长短，金属吸收率高•体积较小，结构紧凑固体激光器特别是Nd:YAG激光器是最早应用于精密加工的激光器类型之一尽管在连续高功率切割领域已逐渐被光纤激光器替代，但在精密微加工、标记和特殊材料处理等领域仍有独特优势近年来发展的盘式激光器和slab激光器提高了输出功率和光束质量，拓展了应用范围激光切割机的控制系统人机界面操作界面，参数设置与监控控制器CNC解析G代码，控制运动轨迹运动控制驱动电机，实现精确定位激光功率控制调节激光输出参数辅助功能控制气压、冷却等系统协调控制系统是激光切割机的大脑，负责协调各系统工作，执行切割任务现代激光切割机控制系统通常采用工业计算机与专用控制器相结合的方式，具备CAD/CAM功能，能够实现从图纸导入到切割完成的全流程自动化操作先进的控制系统还具备智能化功能，如切割路径优化、工艺参数自动调整、故障诊断等，大大提高了加工效率和质量稳定性随着工业

4.0的发展，远程监控、数据分析等功能也逐渐成为标准配置辅助气体系统系统组成气体种类辅助气体系统由气源设备气瓶或常用辅助气体包括氧气用于碳钢空压机、气路管线、过滤装置、等材料的氧化切割、氮气用于不压力调节阀、流量控制装置和喷嘴锈钢等材料的熔融切割、压缩空等组成通过精密控制，将辅助气气用于非金属材料或低成本加工体以适当的压力和流量输送到切割和稀有气体如氩气，用于特殊材区域料切割关键参数辅助气体的压力通常

0.1-

2.0MPa、纯度氧气≥

99.5%，氮气≥

99.99%和流量20-200L/min是影响切割质量的关键因素，需根据材料和厚度进行优化调整辅助气体在激光切割过程中扮演着多重角色它能加速熔融物排出，防止回流粘附；保护聚焦镜组件不受飞溅物污染；降低热影响区；对于氧气还能参与氧化反应，提供额外能量适当选择和控制辅助气体是获得高质量切口的重要条件冷却系统冷却对象冷却介质激光器、光学元件、电气元件去离子水、防冻液、冷却油温控系统散热方式温度监测与自动调节水冷、风冷或混合冷却冷却系统是保证激光切割机稳定工作的关键部分大功率激光器工作时会产生大量热量，如果不能及时散热，不仅会影响激光器寿命和切割性能，还可能导致设备损坏现代激光切割机通常采用闭环水冷系统，包括冷水机、水泵、水管、水箱和控制装置等系统能精确控制冷却水温度（通常在20-25℃），保证流量和压力满足要求对于光纤激光器，由于其效率较高，散热要求相对较低，但仍需要有效的冷却系统维持稳定工作第三章激光切割工艺切割模式分类熔化切割、氧化切割、蒸发切割等不同机理工艺参数选择功率、速度、焦点位置等关键参数设置质量控制方法切口质量评估与工艺优化技术本章将详细介绍激光切割的不同工艺模式及其适用条件，分析影响切割质量的关键工艺参数，指导如何根据材料特性和加工要求选择最优工艺参数组合通过理解激光切割工艺的本质，可以更好地控制切割过程，获得高质量的加工结果激光熔化切割工作原理技术特点激光熔化切割是利用高功率密度激光束将材料加热至熔点，•切口表面无氧化层，光亮干净使其局部熔化，同时使用非氧化性辅助气体通常是氮气或氩•切割边缘硬度变化小气以高压吹走熔融物质，形成切缝•热影响区较小这种切割方式不发生氧化反应，仅依靠激光提供的热能使材•适合后续焊接等工序料熔化，熔融金属通过高速气流被排出切缝•气体消耗量大•所需激光功率较高激光熔化切割主要用于不锈钢、铝合金、铜合金等对切口质量要求较高的材料虽然相比氧化切割需要更高的激光功率和气体成本，但切割质量明显提升，特别是切口表面无氧化层，表面粗糙度低，后续无需额外处理即可用于高要求场合激光氧化切割倍60%

1.5-2能量效率切割速度提升氧化反应提供的能量占总切割能量的比例相比熔化切割的速度倍数

0.2-

0.5MPa氧气压力范围常用于碳钢切割的氧气压力值激光氧化切割是利用激光加热材料到着火点，与氧气发生剧烈的氧化反应类似燃烧，释放额外热量辅助切割的工艺这种方法将激光能量与化学反应能量相结合，大大提高了切割效率，尤其适用于碳钢等易氧化材料氧化切割的特点是切割速度快、能耗低，但切口会形成氧化层，边缘硬度可能增高，热影响区较大切割厚碳钢时，氧化反应释放的热量可占总切割能量的60%以上，因此即使使用相对较低功率的激光器也能实现高效切割激光蒸发切割能量吸收材料吸收高密度激光能量温度升高局部温度迅速升至沸点材料气化材料直接从固态变为气态气体排出气化物质被辅助气体吹走激光蒸发切割是利用高功率密度激光束将材料直接加热至沸点，使其迅速气化形成切缝的工艺⁸方法这种切割方式能量密度要求极高，通常在10W/cm²以上，主要用于切割薄的非金属材料或进行微细加工蒸发切割的特点是切口窄、精度高、热影响区极小，但能量消耗大，切割速度相对较慢它特别适用于有机材料如纸张、皮革、某些塑料以及薄木材等，在精密切割、雕刻和微加工领域具有广泛应用对于金属材料，由于气化需要的能量远高于熔化所需能量，蒸发切割在经济性上通常不如熔化或氧化切割激光划线切割表面热处理激光束在材料表面形成受控温度梯度，产生局部应力冷却作用材料快速冷却，温度梯度加剧，内部应力增大裂纹形成材料沿激光照射路径产生微裂纹，形成预定断裂线机械分离通过外力使材料沿预定裂纹路径完全断裂激光划线切割不同于完全切透材料的常规切割方法，它利用激光在材料表面形成受控热应力，产生微裂纹，再通过机械力使材料沿预定路径断裂这种方法特别适用于脆性材料如玻璃、陶瓷等，具有切口光滑、无毛刺、速度快等优点在玻璃加工领域，激光划线切割已逐渐替代传统的机械划线方法，能够实现复杂形状的精确切割，且边缘质量优于机械切割这项技术在消费电子产品的盖板玻璃、显示屏等领域具有广泛应用切割参数的选择激光功率切割速度影响切割能力和速度W-kW影响生产效率和热影响m/min材料特性焦点位置类型、厚度、表面状态mm影响能量密度分布和切缝宽度mm脉冲参数辅助气体频率、占空比、波形Hz/%种类、压力和纯度MPa/%选择合适的切割参数是获得高质量切割效果的关键参数选择需考虑材料特性、设备能力、切割质量要求和生产效率等多方面因素，通常需要通过实验优化得到最佳参数组合现代激光切割设备通常配备参数数据库，根据材料类型和厚度自动推荐参数设置，但对于新材料或特殊要求仍需手动调整优化不同参数之间存在复杂的相互影响关系，需要综合考虑才能获得最佳切割效果功率和切割速度₂材料厚度mm CO激光切割速度m/min光纤激光切割速度m/min焦点位置和气体压力焦点位置影响气体压力选择焦点位置指激光束焦点相对于工件表面的位置，它直接影响辅助气体压力对切割质量有显著影响，不同材料和厚度要求能量密度分布和切缝宽度一般而言不同压力•焦点在材料表面标准设置，适合中等厚度材料•氧气切割碳钢通常

0.2-

0.6MPa，厚板用低压，薄板用高压•焦点在材料内部切缝窄，适合较厚材料•氮气切割不锈钢通常

1.0-

2.0MPa，压力越高切口越光亮•焦点在材料上方切缝宽，适合薄材料或高速切割对于厚板切割，常采用动态焦点技术，根据切割深度自动调•压缩空气切割非金属通常

0.3-

0.8MPa整焦点位置，保证切割质量气体压力过高会增加气体消耗和噪音，过低则无法有效清除熔融物，导致切口粗糙或粘渣第四章可切割材料金属材料非金属材料碳钢、不锈钢、铝合金、铜合亚克力、木材、皮革、织物等金等各类金属材料的切割特性非金属材料的切割特点与应用与工艺参数技巧特殊材料复合材料、陶瓷、玻璃等特殊材料的激光加工方法激光切割技术的一大优势是其广泛的材料适应性本章将详细介绍各类材料在激光切割中的特点、适用的激光器类型、推荐工艺参数以及常见问题的解决方法通过理解不同材料的切割特性，可以更好地发挥激光切割技术的优势，拓展其应用范围金属材料切割材料类型推荐激光器切割厚度辅助气体典型应用₂碳钢CO/光纤

0.5-25mm氧气机械结构件₂不锈钢光纤/CO

0.5-20mm氮气厨具、医疗设备铝合金光纤

0.5-15mm氮气/压缩空气电子外壳、标牌铜合金光纤

0.5-8mm氮气电气元件钛合金光纤

0.5-10mm氩气/氮气航空零件金属材料是激光切割最广泛的应用对象不同金属对激光的吸收率、导热性和氧化特性各不相同，需要采用不同的切割策略例如，碳钢易于氧化，常用氧气辅助切割提高效率；而不锈钢需要避免氧化，通常使用高纯氮气保持切口光亮近年来，光纤激光器凭借其对金属材料更高的吸收率和卓越的光束质量，在金属切割领域逐渐取代传₂统CO激光器，特别是在反射性金属如铜、铝的切割方面具有明显优势不锈钢切割切割特性工艺参数不锈钢因含有铬、镍等元素，具有较高的熔点和较低的导热•激光器类型优先选择光纤激光器系数，切割时热量集中，易形成较窄的切缝由于氧化会影•辅助气体高纯氮气≥

99.99%响不锈钢的耐腐蚀性能，通常采用熔融切割工艺，使用高纯•气体压力较高

1.0-

2.0MPa氮气作为辅助气体•焦点位置通常在材料内部⁶⁷不锈钢对1μm波长的激光光纤激光器吸收率高于•典型功率密度10-10W/cm²₂

10.6μmCO激光器，因此光纤激光器切割不锈钢效率更高，•典型切割速度1-2mm厚约8-12m/min；5mm厚约2-特别是在厚板切割方面4m/min；10mm厚约

0.8-

1.5m/min不锈钢激光切割的关键在于保持切口表面光亮无氧化，边缘直角无毛刺高纯度氮气的使用虽然增加了成本，但对保证切割质量至关重要高压氮气能有效吹出熔融金属，防止粘渣，但也会增加气体消耗对于要求极高的应用，还可使用脉冲切割模式，减小热影响区碳钢切割氧化切割碳钢切割通常采用氧化切割工艺，利用铁与氧气的放热反应提供额外能量，显著提高切割效率氧化切割可使用较低的激光功率切割较厚的材料，但切口表面会形成氧化层高速加工与其他金属相比，碳钢切割速度更快例如，3mm厚度的碳钢，使用3kW光纤激光器可达到10m/min以上的切割速度；而同等厚度的不锈钢切割速度约为其一半注意事项碳钢切割需注意控制氧气压力和纯度压力过高会导致过度氧化和切缝加宽；纯度不足会影响切割质量厚板切割时易产生粘渣，需优化焦点位置和切割速度碳钢是激光切割应用最广泛的材料之一，价格适中且切割效率高在切割中厚板10mm时，激光主要起到预热作用，而氧化反应提供主要切割能量因此，即使是较低功率的激光器也能切割较厚的碳钢板材碳钢切割质量控制的关键是平衡激光功率、切割速度和氧气压力三者关系近年来，光纤激光器在碳₂钢切割领域也逐渐取代CO激光器，尤其是在薄板高速切割方面表现突出铝合金切割材料特性挑战激光器选择12铝合金具有高反射率、高导热性和低熔点铝合金切割强烈推荐使用光纤激光器特性，使其成为激光切割的难点材料高1μm波长的光纤激光对铝的吸收率远高于₂反射率可达90%以上导致激光能量利用

10.6μm的CO激光此外，光纤激光器率低；高导热性使热量迅速扩散，难以形优异的光束质量可产生更高的功率密度，成局部高温；低熔点又使熔融金属易粘附有效克服铝的高反射和高导热特性在切口工艺优化3氮气或压缩空气作为辅助气体，压力通常在

1.2-

2.0MPa切割速度相比同厚度碳钢要低30-50%焦点位置通常设在材料表面或稍微下方对于厚铝板，可使用脉冲切割模式，减少热输入，防止材料过度熔化铝合金激光切割在消费电子、航空航天、广告标牌等领域有广泛应用随着高功率光纤激光器的普及，铝合金切割的难度和成本显著降低6mm厚的铝合金板材，使用4kW光纤激光器可以达到3-4m/min的切割速度，切口质量良好高反材料切割安全是重要考虑因素，反射光可能损坏设备或造成安全隐患现代激光切割设备通常配备反射光防护装置和功率自适应控制系统，提高切割稳定性和安全性非金属材料切割非金属材料激光切割具有独特优势，能实现精细图案和复杂形状的高质量加工与金属切割不同，非金属切割主要依靠材料的直接气化蒸发切割₂或热分解，通常使用CO激光器，因其

10.6μm波长更容易被有机材料吸收非金属材料切割的特点是切口窄、精度高、热影响区小，几乎无变形在广告、包装、家具、艺术品制作等领域有广泛应用常见的可切割非金属材料包括亚克力、木材、皮革、纸张、织物、某些塑料等亚克力切割材料特性亚克力有机玻璃是激光切割效果最好的材料之一，可实现透明、光滑的切口，几乎不需₂要后处理亚克力对CO激光的吸收率高，切割时主要通过热熔化和气化形成切缝设备选择₂CO激光器是切割亚克力的最佳选择，波长

10.6μm的红外激光能被亚克力高效吸收功率需求相对较低，通常80-150W即可满足多数应用光纤激光器不适合亚克力切割，因波长1μm的激光透过亚克力，吸收率极低工艺参数典型切割参数3mm厚度使用80W激光器可达15-20mm/s；5mm厚度约10-15mm/s；10mm厚度约5-8mm/s辅助气体通常使用压缩空气

0.3-

0.6MPa，主要作用是吹走烟尘和冷却切口，防止过热导致变色应用领域亚克力激光切割广泛应用于标牌制作、展示架、灯箱、艺术装饰品、家具配件等领域激光切割的亚克力边缘光滑透明，可直接用于高端产品，无需后期打磨处理木材切割切割特性工艺参数₂木材是一种多孔性的有机材料，激光切割时主要通过热分解•激光器类型CO激光器和碳化作用形成切缝不同种类的木材因密度、含水量和树•功率范围80-150W适合多数应用脂成分不同，切割效果和参数要求也有差异•切割速度3mm厚桦木约10-15mm/s一般而言，密度低的软木切割更容易，边缘碳化程度较轻；•辅助气体压缩空气，

0.3-

0.5MPa而硬木切割需要更高功率，边缘碳化更明显含水量高的木•焦点位置通常在材料表面材切割时容易产生过多烟尘，甚至影响切割质量•多次切割厚板可采用多次切割方式木材切割的边缘通常会有轻微褐色碳化层，可通过调整参数控制碳化程度，或在后期用砂纸轻轻打磨去除木材激光切割广泛应用于家具制作、工艺品生产、模型设计和建筑模型等领域它的优势在于能够切割复杂图案和精细细节，且不会像机械切割那样产生木屑和毛刺激光切割木材还可以同时实现切割和雕刻功能，通过控制激光功率和速度，在同一工艺中完成不同深度的加工皮革和织物切割无接触加工边缘热封烟尘控制激光切割皮革和织物的最对于合成织物，激光切割皮革和织物切割时会产生大优势是无接触加工，不同时具有热封边的效果，较多烟尘和气味，需要良会拉伸或变形材料传统防止织物边缘脱丝这一好的排烟系统某些材料机械裁剪可能导致织物拉特性在服装、家纺等行业如PVC涂层织物切割时可扯变形，而激光切割能保特别有价值，可省去额外能产生有害气体，应避免持材料原有形态，适合精的边缘处理工序，提高产加工或采取特殊防护措施细图案加工品质量和生产效率皮革激光切割适用于高档皮具、皮鞋、皮革艺术品等领域，能实现传统工艺难以达到的精细图案不同种类的皮革如真皮、人造皮革、麂皮等需要不同的激光参数设置真皮切割通常需要较高功率，且边缘会有轻微焦痕，可作为设计元素或通过后处理减轻织物激光切割在服装设计、家纺产品、工业过滤材料等领域应用广泛从精致的蕾丝图案到功能性的精确裁剪，激光技术为织物加工带来了新的可能性现代激光切割系统通常配备视觉定位系统，能够精确识别印花图案或面料纹理，实现对准切割第五章激光切割质量控制切口质量评估切口垂直度、表面粗糙度、毛刺等质量参数的评估标准与检测方法常见缺陷分析各类切割缺陷的形成原因与识别特征参数优化与控制通过调整工艺参数实现切割质量的精确控制质量保证体系建立完善的激光切割质量控制与监测体系本章将详细介绍激光切割质量的评估标准、常见缺陷的成因与解决方法、工艺参数优化技术等内容，帮助学习者掌握激光切割质量控制的核心知识与实践技能通过系统的质量控制方法，可以显著提高激光切割的一致性和可靠性，满足不同应用领域的质量要求切口质量评估垂直度•切口与材料表面的垂直偏差•评级标准:A级

0.05mm;B级

0.05-

0.2mm;C级

0.2mm•测量方法数字垂直度计、显微镜观察表面粗糙度•切口表面微观不平度•评级标准:Ra值μm:A级

3.2;B级

3.2-

6.3;C级

6.3•测量方法粗糙度仪、比较样板熔渣粘附•切口下缘熔融金属残留•评级标准:A级无;B级少量易清除;C级大量难清除•评估方法目视检查、触摸检测切缝宽度•材料切除区域的宽度•测量标准通常

0.1-

0.5mm，精度±

0.05mm•测量方法显微测量、投影仪切口质量评估是激光切割质量控制的基础，通过标准化的评估方法可以客观判断切割效果，指导工艺参数优化根据国际标准ISO9013和相关行业规范，激光切割质量评估主要包括垂直度、粗糙度、熔渣和切缝宽度四个方面常见切割缺陷激光切割过程中可能出现多种缺陷，影响产品质量常见缺陷包括底部毛刺切口下缘熔融金属凝固形成的突起；拖线切割痕迹偏离理想直线，呈弧形或锯齿状；表面粗糙切口表面不平整；不完全切透材料未完全分离；变形热应力导致的工件弯曲或扭曲；热影响区过大材料性能改变区域扩大识别这些缺陷并理解其成因，是解决问题的第一步大多数切割缺陷与不合适的工艺参数有关，如功率过高或过低、切割速度不当、焦点位置偏移、辅助气体压力不足等通过系统分析和参数调整，可以有效解决这些问题，提高切割质量毛刺和熔渣形成原因解决方法毛刺和熔渣是激光切割最常见的缺陷，主要由以下因素导致针对不同原因，可采取以下措施减少或消除毛刺和熔渣•优化切割速度与功率的匹配关系•切割速度过快或过慢不匹配材料厚度•增加辅助气体压力或更换更高纯度气体•辅助气体压力不足，无法有效吹走熔融物•定期检查和清洁聚焦镜，更换损坏喷嘴•聚焦镜或喷嘴损坏，影响气流分布•调整焦点位置，厚板可将焦点设在材料内部•焦点位置不当，能量分布不均•使用防飞溅涂层或预处理材料表面•材料表面氧化或不平整•转角处采用速度降低或功率调整策略•切割轨迹转角处速度变化毛刺和熔渣不仅影响产品外观，还可能干扰后续装配或加工对于无法完全避免毛刺的情况，可以采用后处理方法如机械打磨、化学去毛刺或震动抛光等现代激光切割设备通常配备智能路径规划和参数自动调整功能，能够根据切割轨迹特点自动优化工艺参数，显著减少毛刺产生热影响区热影响形成激光能量传导至切缝周围材料材料温度升高区域温度超过材料相变点微观结构变化晶粒尺寸、相组成改变性能特性改变硬度、强度、韧性变化热影响区HAZ是指切割过程中，材料因受热而发生微观结构和性能变化的区域在金属材料切割中，热影响区可能导致硬化或软化，影响材料强度和疲劳性能；在非金属材料中，可能导致变色、变形或材料性能降低热影响区的大小与激光功率、切割速度、材料导热性以及切割工艺直接相关一般而言，热影响区越小越好金属材料的热影响区通常为

0.05-

0.5mm，而非金属材料如亚克力、木材等的热影响区可能更大减小热影响区的方法包括使用高功率密度和高切割速度，采用脉冲切割模式，优化辅助气体流量和切割轨迹，以及选择合适的激光器和光束质量切缝宽度控制表面粗糙度控制Ra

3.2μm Ra

12.5μm优质切割低质量切割高质量切割达到的表面粗糙度标准不良参数导致的粗糙表面标准30%速度影响降低切割速度可提高表面质量的比例表面粗糙度是评价切割质量的重要指标，直接影响产品的视觉效果和功能表现激光切割的表面粗糙度通常用Ra值算术平均偏差来衡量，单位为微米μm影响表面粗糙度的主要因素包括切割速度速度越慢，表面越光滑；激光功率功率要与速度匹配；焦点位置通常位于材料中部能获得最佳表面；辅助气体高纯度、高压气体有助于提高表面质量不同材料和应用对表面粗糙度有不同要求例如，装饰性部件可能需要Ra

3.2μm的高质量表面；而结构件可能接受Ra

6.3μm的标准厚板材料切割时，表面通常会出现垂直条纹，这是激光能量随深度衰减导致的控制这种现象的方法包括使用更高质量的光束，降低切割速度，采用振荡焦点技术等现代激光切割机通常能在金属材料上实现良好的表面质量，特别是薄板材料，几乎可以达到机加工的表面效果第六章激光切割的应用领域电子电器医疗器械航空航天电路板、屏蔽罩、精手术器械、植入物、广告标识密元件加工医疗设备制造精密零部件、轻量化标牌、招牌、展示道结构制造具制作汽车制造艺术工艺车身面板、内饰件、装饰品、艺术品、定结构件加工制礼品生产本章将详细介绍激光切割技术在各个行业的具体应用案例、技术要点和发展趋势激光切割凭借其高精度、高效率和灵活性，已广泛应用于从重工业到轻工业，从大规模生产到个性化定制的各个领域，展现出强大的技术价值和市场潜力汽车制造业应用范围技术特点激光切割在汽车制造业有着广泛应用，主要包括汽车制造中的激光切割技术具有以下特点•白车身制造车身面板、加强件、底盘部件等•高度自动化通常与机器人集成，实现三维切割•内外饰件仪表板支架、座椅框架、装饰件等•高功率应用多采用4-10kW高功率激光器•动力总成变速箱零件、发动机支架、排气系统等•质量控制严格切缝精度通常要求±

0.1mm•电气系统电池托盘、连接器、屏蔽罩等•生产效率高切割速度快，可实现24/7连续生产•柔性制造快速切换不同车型部件生产汽车行业对激光切割的需求主要源于其高精度、高效率和低•集成应用切割、焊接、热处理等工艺一体化变形特性，特别适合处理高强度钢、铝合金等轻量化材料汽车行业是激光切割技术最重要的应用领域之一随着汽车轻量化、个性化趋势发展，高强度钢、铝合金、复合材料等新型材料的应用增加，传统冲压工艺面临挑战，而激光切割凭借其处理多种材料的能力和灵活性优势，应用范围不断扩大特别是在新能源汽车领域，电池托盘、电机部件等关键零部件的加工，对激光切割的精度和质量提出了更高要求航空航天工业高精度要求轻量化材料航空航天零部件通常要求极高的加工钛合金、高强铝合金、镍基合金等航精度±

0.05mm和表面质量激光切空材料的加工是传统方法的难点，而割能够满足这些严格标准，特别是在激光切割能够高效处理这些材料特薄壁结构和复杂形状加工方面具有明别是钛合金，激光切割能实现低热影显优势高质量的切口表面减少了后响、高效率加工，保持材料性能复续加工需求，节约了生产成本和时间合材料也可通过特定参数的激光切割，避免分层和纤维损伤典型应用发动机零部件、机翼结构件、蜂窝板材、内饰面板、电子设备支架等都是激光切割的常见应用特别是在小批量、高价值零件制造中，激光切割的柔性和效率优势明显航天器太阳能电池板、传感器支架等精密部件也广泛采用激光切割工艺航空航天行业的激光切割应用有其独特特点一方面要求极高的加工精度和质量稳定性，另一方面批量通常较小但单件价值高这正符合激光切割技术的优势现代航空航天制造越来越多地采用数字化、智能化生产模式，激光切割与CAD/CAM系统深度集成，实现从设计到制造的无缝衔接电子电器行业精密加工PCB激光切割用于印刷电路板的轮廓切割、异形加工和钻孔与传统机械加工相比，激光加工无接触力，不会导致板材变形或分层特别适合柔性电路板FPC和高频板等特殊PCB的精密加工，切缝宽度可达

0.05mm，位置精度±

0.02mm电子元器件制造激光切割广泛应用于电容器电极、传感器部件、连接器等精密元器件制造超短脉冲激光皮秒/飞秒能实现冷加工，几乎无热影响，特别适合处理铜箔、铝箔等薄金属材料，厚度可低至微米级，精度高达微米级消费电子产品手机、平板电脑、笔记本电脑等消费电子产品中的屏幕开孔、摄像头支架、扬声器网格、散热器等₂部件均采用激光切割光纤激光器适合金属零件加工，而CO激光器则用于塑料和复合材料激光切割的高精度和一致性满足了消费电子产品日益提高的品质要求电器外壳与面板家电产品的金属外壳、控制面板、装饰件等采用激光切割，可实现复杂图案和精细细节激光切割不需要模具投入，适合个性化设计和快速原型制作，为电器产品带来更多设计可能性医疗器械制造手术器械植入医疗设备诊断设备激光切割用于制造手术刀、支架、骨钉、骨板等植入微流控芯片、生物传感器、镊子、钳子等精密外科器式医疗设备要求极高的材检测装置等医疗诊断设备械，可实现复杂形状和精料完整性和表面质量激使用激光切割加工微通道细特征，切口光滑无毛刺，光切割能够最小化热影响和精密结构激光切割可减少后期抛光工作不锈区，保持材料原有性能，处理玻璃、陶瓷、聚合物钢医疗器械采用氮气辅助特别适合钛合金、镍钛合等多种材料，满足生物兼激光切割，保证切口无氧金等难加工生物材料的精容性要求这些设备通常化，符合医疗级清洁要求密成形血管支架等微型尺寸小、结构复杂，传统器件的网格结构也是激光加工方法难以实现切割的典型应用医疗器械制造对激光切割提出了特殊要求首先是高精度和稳定性，许多医疗器械尺寸公差要求在微米级；其次是材料完整性，切割过程不能改变材料的生物相容性和力学性能；第三是表面质量，需要光滑无毛刺的切口，减少二次污染风险现代医疗器械制造越来越多地采用激光技术，不仅包括切割，还有激光焊接、标记和表面处理等工艺随着个性化医疗的发展，按照患者个体特征定制的医疗器械需求增加，激光切割的灵活性和快速响应能力在这一领域具有显著优势广告和标识制作₂广告和标识行业是激光切割应用最广泛的领域之一，特别是CO激光切割机在该行业几乎成为标准设备激光切割可加工各种材料制作招牌、标牌、展示架、POP广告、装饰品等产品，能够实现复杂图案和精细文字，满足设计师的创意需求相比传统加工方法，激光切割在广告标识制作中具有无需模具、快速生产、高精度、边缘美观等优势特别是在小批量、个性化定制产品中，激光切割显示出极高的性价比亚克力、木材、PVC板材、金属薄板是广告标识制作中最常用的材料激光切割还可与雕刻结合，在同一设备上完成切割和浮雕效果，增强产品的视觉层次感艺术品和工艺品制作纸质艺术木艺创作金属艺术激光切割可实现极其精细的纸艺作品，木质装饰品、拼图、模型和家居饰品是金属雕塑、墙面装饰、珠宝首饰等艺术包括复杂的剪纸、立体纸雕、贺卡、书激光切割的热门应用激光能够在各种品通过激光切割实现复杂的几何图案和籍装帧等激光的精确控制使得传统手厚度的木材上切割精细图案，同时进行有机形状激光切割的金属作品兼具精工难以实现的微小细节和复杂图案成为深浅不一的雕刻，创造出层次丰富的视密度和艺术表现力，为艺术家提供了新可能，开创了纸艺创作的新领域觉效果和触感体验的创作媒介和可能性第七章激光切割的优势与局限性技术优势局限性•高精度±

0.05mm与高重复性•设备投资成本较高•无接触加工，工件变形小•功耗大，能源效率有待提高•切缝窄

0.1-

0.5mm，材料利用率高•切割厚度有限通常30mm•可加工复杂形状，设计自由度大•某些材料不适合如高反射金属•自动化程度高，操作简便•热影响区可能影响材料性能•适应多种材料，工艺转换快•安全防护要求高•无刀具磨损，维护成本低•气体消耗量大，运行成本较高本章将深入分析激光切割技术的优势特点和局限性，帮助学习者全面了解该技术的应用价值和适用范围通过与其他加工方法的对比，明确激光切割在不同应用场景中的竞争力和发展潜力，为技术选择和应用提供科学依据激光切割的优势比较项目激光切割数控冲床等离子切割水射流切割切割精度±

0.05mm±

0.1mm±

0.5mm±

0.1mm切缝宽度

0.1-

0.5mm取决于模具1-3mm

0.8-

1.5mm热影响区小

0.05-无大1-5mm无

0.5mm材料适应性极广有限主要是导电材广泛料设备成本高中高中中高运行成本中低高于模具低高投入噪音水平低高中高高激光切割技术相比传统加工方法具有明显优势，特别是在精度、灵活性和自动化方面无需模具投入使其特别适合小批量、多品种生产和快速原型制作激光切割的无接触特性避免了机械应力和工具磨损，能够处理易碎和柔性材料高精度和复杂形状加工微米级精度部分应用可达±

0.01mm复杂几何形状内外轮廓、锐角、曲线无限制精细特征加工微小孔洞、狭缝、网格结构高重复精度批量生产一致性优异尺寸精确控制切缝补偿自动计算激光切割技术的高精度来源于其独特的物理特性和精密控制系统激光束可聚焦至极小光斑约

0.1mm，能量分布可精确控制，配合高精度数控系统，实现对切割轨迹的精确跟踪这使得激光切割特别适合加工复杂形状和精细特征，如微孔阵列、微槽、细网格等传统加工方法难以实现的结构在医疗器械、精密电子、航空航天等高端制造领域，激光切割的高精度和复杂形状加工能力发挥着关键作用例如，心血管支架的网状结构、微流控芯片的通道网络、航空发动机的复杂冷却孔等都依赖激光切割技术实现现代CAD/CAM系统与激光切割的深度集成，使得从设计到制造的全过程数字化，进一步提高了加工精度和效率无接触加工和低变形无机械应力局部热作用12激光切割是纯热加工过程，没有刀激光能量高度集中，热影响区小，具接触和机械应力，避免了材料变材料整体温升有限特别是高功率形和振动这使得激光切割特别适密度、高速切割时，热输入更为局合加工薄板、易变形材料和精密部限，大部分热量随切除材料带走，件相比机械加工方法，激光切割减少了对周围材料的热影响这种可在不使用夹具或最小化夹持力的局部热作用特性使得激光切割的工情况下进行操作，降低了工装成本件变形显著小于火焰切割、等离子和设置时间切割等传统热切割方法精确热控制3现代激光切割系统能够精确控制激光功率、脉冲特性和能量分布，通过优化工艺参数最小化热输入先进的控制系统还能根据切割轨迹特点自动调整参数，如在拐角处降低功率，防止过热和变形某些高端系统还采用热变形预测和补偿技术，进一步提高精度无接触加工和低变形特性使激光切割在精密制造领域具有独特优势例如，在航空航天零部件加工中，材料通常昂贵且对变形敏感，传统加工方法容易导致报废；而激光切割因其低变形特性，能够显著提高成品率在电子制造业，激光切割能处理薄至几十微米的金属箔材料，而不会造成皱褶和变形激光切割的局限性能源消耗大高初始投资能源转换效率低，电力需求高设备购置成本高，回收周期长厚度限制金属材料通常30mm，效率受厚度影响大材料限制安全要求高部分材料不适合激光切割需防激光辐射、烟尘和火灾风险尽管激光切割有众多优势，但其局限性也不容忽视设备投资成本高是中小企业采用该技术的主要障碍，一台工业级激光切割机价格从几十万到数百万元不等能源效率方面，即使是先进的光纤激光器，电光转换效率也仅为30-40%，导致能耗成本较高材料厚度是激光切割的另一关键限制随着材料厚度增加，切割效率和质量迅速下降对于厚度超过30mm的金属板材，等离子切割或水射流切割往往更具经济性某些材料如铜、黄铜等高反射率金属，以及PVC等含氯塑料，在激光切割时存在特殊挑战，需要专门设备或特殊工艺处理材料限制和成本因素材料限制成本因素并非所有材料都适合激光切割，主要限制包括激光切割的总成本构成复杂，主要包括•高反射材料纯铜、黄铜、铝等反射率高的金属对常规•设备折旧通常占总成本的30-40%₂CO激光吸收率低，需使用特殊光纤激光器或表面处理•电力消耗约占15-25%，与激光功率和利用率相关•复合材料玻璃纤维、碳纤维等复合材料切割时可能产生•辅助气体氧气/氮气成本可占10-20%分层、碳化或有害气体•维护费用光学元件更换、定期保养等约占5-10%•含卤素材料PVC等含氯材料激光切割会产生腐蚀性气体，•人工成本操作、编程、管理人员工资损坏设备并威胁健康•耗材费用喷嘴、聚焦镜等定期更换部件•透明材料普通玻璃对常用激光波长透明，难以直接切割，需特殊激光器对于小批量生产，激光切割的无模具优势明显；但大批量生产时，模具冲压的单件成本优势可能更具竞争力•超厚材料100mm以上厚度材料激光切割经济性和质量难以保证第八章激光切割技术的发展趋势高功率化向20kW以上超高功率发展智能化AI辅助工艺优化与质量监控加工3D复杂三维切割与增材制造结合绿色环保节能降耗与减排技术创新融合创新多技术协同的复合加工系统本章将探讨激光切割技术的未来发展方向，包括高功率激光器的应用前景、智能化和自动化趋势、三维激光切割技术的进步、环保节能的技术创新以及与其他加工技术的融合发展通过了解这些发展趋势，学习者可以更好地把握激光切割技术的未来方向，为技术选择和投资决策提供参考高功率激光器的应用高功率激光器的发展是激光切割技术进步的核心驱动力近年来，工业用激光器功率不断提升，从早期的几千瓦发展到现在的10-20千瓦，甚至更高高功率激光切割的主要优势在于切割速度显著提高，对于3mm碳钢，功率从4kW提升到10kW，切割速度可提高

1.5-2倍；可切割材料厚度增加，30mm以上厚板也能高质量切割；切割质量改善，高功率配合高速切割可减小热影响区智能化和自动化趋势数字孪生技术利用虚拟模型实时仿真切割过程，预测切割质量和潜在问题，实现工艺优化和缺陷预防数字孪生技术将物理设备与虚拟模型结合，提供全面的可视化分析和控制人工智能应用AI算法用于切割参数自动优化、切割轨迹规划、缺陷检测和预测性维护机器学习系统可从历史数据中学习，不断改进工艺参数和切割质量，减少人工干预自动化物流集成激光切割设备与自动上下料系统、自动分拣系统和智能仓储系统集成，实现全流程自动化AGV、机器人和智能传送系统协同工作，构建智能化柔性生产线云平台和远程服务基于云平台的远程监控、诊断和服务系统，实现设备性能实时监测和远程故障排除云端数据分析可提供生产效率优化建议和预测性维护方案智能化和自动化是激光切割技术发展的主要趋势，符合工业

4.0的核心理念智能激光切割系统能够自主决策和优化，大幅提高生产效率和质量稳定性，同时降低对操作人员技能的依赖例如，先进的传感器和在线监测系统可实时捕捉切割过程中的参数变化和质量波动，AI系统分析这些数据并自动调整工艺参数，保持最佳切割状态激光切割技术3D技术原理系统组成应用领域3D激光切割是将激光束在三3D激光切割系统主要由高精3D激光切割广泛应用于汽车维空间中精确定位并沿复杂度多轴机器人或龙门式机械车身制造、航空航天结构件、路径移动，实现对立体工件结构、3D切割头、光束传输船舶零部件、大型钣金件等的切割与传统2D切割不同，系统、高级控制软件和各类领域特别是在热成型钢件3D切割通常采用至少5轴控制传感器组成其中，光束传切割、管材加工和复杂形状系统，包括3个线性轴和2个输通常采用光纤或镜组，切零件制造中，3D激光切割具旋转轴，使激光切割头能从割头具备自动对焦和防碰撞有明显优势任意角度接近工件表面功能3D激光切割技术的发展趋势主要体现在以下几个方面首先是与CAD/CAM系统的深度集成，实现从三维设计模型到切割路径的无缝转换；其次是传感器和实时监控技术的应用，如激光跟踪器、视觉系统等确保切割精度；第三是智能碰撞避免和路径优化算法，提高切割效率和安全性最新的3D激光切割系统已经能够实现复杂三维零件的全自动加工，切割精度可达±

0.1mm，切割速度与传统2D系统相当随着远程编程、虚拟仿真和离线编程技术的发展，3D激光切割的应用领域将进一步扩大，特别是在大型结构件和高附加值零部件的精密加工方面绿色环保激光切割能源效率提升废气处理技术₂新一代激光器电光转换效率大幅提高，从早期CO激光器的10%左右提升到先进的废气收集和净化系统能有效捕获切割过程中产生的烟尘和有害气体现代光纤激光器的40%以上同时，智能电源管理系统能根据切割需求自动静电除尘、活性炭过滤、催化氧化等多级处理技术相结合，确保排放达到严调整能耗，非切割状态下降低功耗，进一步减少能源消耗格环保标准，保护操作人员健康和环境安全材料利用优化无污染加工智能排样软件能最大化材料利用率，减少废料产生激光切割的窄切缝特性与传统机械加工相比，激光切割无需切削液和润滑油，避免了这些化学品对也有助于提高材料利用效率此外，切割废料分类回收系统使金属边角料能环境的污染干式加工过程减少了工业废水产生，降低了水处理负担和环境回炉再利用，实现资源循环利用风险随着环保法规日益严格和企业社会责任意识增强，绿色环保已成为激光切割技术发展的重要方向低能耗、低排放、低噪音的三低激光切割技术受到市场青睐例如，新型脉冲激光切割技术能在保持切割质量的同时减少30%能耗；闭环循环冷却系统大幅降低水资源消耗；隔音降噪设计使设备运行噪音降至70分贝以下激光切割与其他加工技术的融合激光冲床复合加工激光切割焊接一体化--将激光切割与数控冲床技术结合，充分发挥两种技术的优势标准孔和简单形状使用在同一设备上集成切割和焊接功能，通过更换工艺头或调整激光参数，实现切割和焊冲压实现高速加工，复杂轮廓和特殊形状采用激光切割，大幅提高加工效率和灵活性接工序的无缝切换这种一体化设计减少了工件转运和定位误差，提高了生产效率和这种复合工艺特别适合批量生产中需要大量标准孔和复杂外形的板材零件装配精度，特别适合精密结构件的制造激光增材制造结合激光水刀混合切割--激光切割与激光增材制造3D打印技术结合，创造出减材与增材相结合的新型制造模式针对特殊材料和特殊要求，将激光切割与水射流切割技术结合使用激光适合精细轮这种方式能够在同一平台上完成复杂零件的制造，包括材料添加、切除和表面处理，廓和薄材料，水刀适合厚材料和热敏材料，两者结合能够处理更广泛的材料和形状大大扩展了制造可能性技术融合是激光切割发展的重要趋势，通过结合不同加工技术的优势，创造出更高效、更灵活的制造解决方案未来的智能制造系统将不再局限于单一工艺，而是基于材料特性、形状复杂度和质量要求，自动选择最优的加工方式或组合工艺总结与展望发展历程从最初的实验室技术到如今的工业主流加工方法，激光切割经历了半个多世纪的发展，技术日益成熟，应用领域不断拓展现状成就高精度、高效率、高灵活性的激光切割技术已成为现代制造业的关键支撑，在汽车、航空、电子等领域发挥着不可替代的作用未来展望智能化、绿色化、复合化将是激光切割技术的主要发展方向，人工智能、新型激光器和先进制造理念将进一步推动技术创新激光切割技术作为先进制造技术的代表，已经并将继续深刻改变着工业生产方式未来，随着激光器技术的突破、控制系统的智能化和工艺的不断优化，激光切割将实现更高效率、更高精度、更低成本和更环保的加工能力特别值得期待的是，激光切割与数字化、网络化、智能化技术的深度融合，将创造出更加柔性和高效的智能制造生态系统在这个系统中，激光切割不仅是一种加工手段，更是连接设计、生产和服务的关键环节，为制造业的转型升级提供强大技术支撑。