二氧化碳气体激光加工技术的应用

    经过近40年的实践，人们主要用二氧化碳气体激光加工技术来进行切割工作。二氧化碳气体激光加工技术大部分应用在切割领域的理由是同时具备精度高、效率好的2大优势，这是传统的冲切、等离子及火焰等切割技术所不具备的。
技术的发展
    自20世纪60年代激光问世以来，其应用范围日益广泛。其中二氧化碳气体激光技术的应用尤为成熟。现在，全世界每年对各类二氧化碳气体激光加工机的需求约为4 000台。全球最大的市场是欧洲，年需求量约为1 600台；紧随其后的是亚洲市场，年需求量约为1 500台；目前，增长最快的市场是中国，自90年代末以来，平均年增长率约为30%，现在的年需求量已经超过了300台。
    从二氧化碳气体激光加工技术诞生开始，人们就对它的应用进行了各种各样的尝试。经过近40年的实践，其主要应用领域如图1所示，人们主要还是用它来进行切割工作。而激光钻微孔技术在印刷电路制造业已经取代了传统的工艺。激光焊接技术的应用处于第3位。激光热处理技术则大多还处于实验阶段。

图1 二氧化碳气体激光加工技术应用领域

加工的优势
1.切割领域的优势
    二氧化碳气体激光加工技术大部分应用在切割领域的理由是同时具备精度高、效率好的2大优势，这是传统的冲切、等离子及火焰等切割技术所不具备的。在发达国家，激光切割机的年销售量约为冲床的2倍。而中国的情况正好相反，冲床的年销售量是激光切割机的数倍。因此，中国是最有潜力的市场。
2.如何选择合适的激光切割机
    随着中国市场对激光切割机需求的不断增长，世界上主要的生产厂家相继在中国展开销售攻势，宣传各自的优势。这难免令人眼花缭乱，难以做出适当的判断。那么对于用户而言，该如何透过厂商的宣传，选择适合自家企业的激光切割机呢？以下就从技术角度来进行一些简要说明。
    （1）在切割板厚在3mm以下的金属材料时，激光应具备自动除去毛刺的功能。一般来说，机械运动时，为了保证轨迹精度，需要在拐点之前进行减速，过了拐点之后又要进行加速。在这一过程中如果不对输出功率进行相应的控制，就会造成拐角处过热，尤其是小于90°的尖角。毛刺就是由于过热所造成的。具备此功能的激光切割机在展示时，都会加工带尖角的样品。而不具备此功能的激光切割机在展示时，都会加工圆孔或方孔，避开尖角加工的弱点，突出速度的优点。
    （2）提到了速度，就不得不讨论加工头上的静电感应装置耐等离子的问题。大多的激光切割机在加工金属板时，是采用静电高度控制方式。而高速切割易产生等离子（见图2），干扰静电感应装置的动作，引起加工不良。

图2 高速切割时产生等离子>

    高速加工还要求静电感应装置的反应速度要快，不然喷嘴会和隆起的材料发生碰撞。
    切割碳钢中厚板（3～10mm）时，问题最多的也是在尖角位置。如果没有低脉冲控制技术，在拐角处形成圆角（见图3）。

图3 高速切断（左）和脉冲切断（右）

    （3）切割碳钢厚板（10mm以上）时，如果激光加工机的光模不理想，除在尖角处易发生熔化之外，在加工过程中也容易发生过度燃烧，影响加工品质（见图4）。

图4 尖角部熔化（左）与过度燃烧（右）（4）切割不锈钢板（6mm以上）时，易发生如图5所示的等离子，需要激光切割具有等离子保护功能。

图5 有、无等离子保护的区别

    （5）切割铝材等高反射材料时，需要激光切割机具有防反射光功能。
    （6）对于飞行光路的激光切割机来说，不具备光路等长装置，将无法保证在工作台的不同位置，切割出同一质量的产品。
     具备以上基本功能的激光切割机才能切割出高质量的产品。而选购激光切割机时，进行样品的试加工也是一项重要的工作。最不可取的是轻信文字说明，只进行产品目录比较。