激光切割铝合金工艺研究

崔可可 洪抗

摘 要 铝合金因其优良的力学、化学、物理性能，广泛应用于高、精、尖技术领域。提高铝合金的切割率，将大大提高加工铝合金的工作效率。传统的切割铝合金的方法为等离子切割，缺点是切割表面精度不高，往往需要二次加工如打磨或机加工[1]，这样增加了加工工序和成本，随着激光切割机的问世，激光切割铝合金加工效率高、自动化水平高、高柔性等优点，克服了传统加工铝合金的缺点，而得到广泛应用。

关键词 激光切割；铝合金；加工工序

1 激光切割发展

激光切割是指：利用高功率密度激光束，照射被切割材料，使材料很快被加热至汽化温度，蒸发形成孔洞，随着光束对材料的移动，孔洞连续形成宽度很窄的切缝，完成对材料的切割。激光切割从20世纪初逐渐出现在人们的视野，1905年爱因斯坦首次提出光量子假说，开启激光的观念探讨；1917年爱因斯坦又提出受激辐射理论，加速了激光理论的成熟。我国激光技术从20世纪80年代逐渐发展起来，由于起步晚与欧美发达国家之间有一定的差距，当今世界激光切割应用广泛的领域有航空航天、海洋探索、交通工具、化工、冶炼等。激光切割工艺开始晚但是其发展速度很快，已成为当今世界切割钣金工艺中不可或缺的工艺。

2 激光切割分类

按切割物理性质不同激光切割可分为激光汽化切割、激光熔化切割、激光氧气切割和激光划片与控制四类。下表1为各加工工艺性能对比表。

3 激光切割铝合金工艺

铝合金是当今生产生活中应用除铁之外最多的金属，因其密度小（质量轻），强度高（可与钢媲美），韧性好，导热性、导电性好而广泛应用于高精尖的零件中，采用激光切割技术对铝合金进行切割是目前国家发展比较成熟的技术，由于切割速度高、切缝窄，热辐射区小，柔性高等优点，且加工表面质量高，切割效率高，应用于各种加工领域。激光切割断面虽然质量较高，但是切割面仍然会出现微裂纹、挂渣等缺陷，现从以下几点对切割工艺进行分析：

（1）偏焦情况 对金属进行切屑时，激光焦点位置的选定会影响切口的粗糙度以及挂渣情况。焦点位置的选定需要考虑以下因素：辅助气体和铝合金本身的反射率。辅助气体吹除碎屑的能力强，气流大，功率高则吹除能力大，断面及热效应区粗糙度高。铝合金表面反射率高，焦点位置应选定在材料内部，避免激光光束反射，从而造成能量损失。因此激光切割时，先在距加工轮廓一定距离的地方穿孔，以此为加工起点进行切割，可以有效减少激光能力损失，提高加工精度。

（2）辅助气体、气压的影响 辅助气体有氮气、氧气、空气、氩气等。①辅助气体采用氮气可以有效防止氧气与铝生成氧化铝的情况，从而能够保证切口的精度。主要适用的板材有不锈钢，电镀钢板，黄铜，铝，铝合金等。② 辅助气体采用氧气，虽然与铝反应生成氧化物薄膜，但是氧化物可以提高材料吸收光率。主要适用压延钢材，溶接构造用压延钢材，机械构造用碳钢，高张力版，工具板，不锈钢，电镀钢板，铜，铜合金等。③辅助气体采用空气，因为空气取材方面可以降低成本，空气中含有氧气，生成氧化物能提高材料的吸收光率，但是效率不及氧气。主要适用的材料有铝，铝合金，不锈钢，黄铜，电镀钢板，非金属等。 ④辅助气体采用氩气，因氩气为惰性气体，不与金属反应，所以加工精度高，但是氩气制取困难，所以成本较高。主要适用的材料是钛，钛合金等。

（3）切割速度的影响 切割速度的高低对断面精度有很大的影响，速度高能够提高断面精度，且切割的断口会随着切割速度的升高逐渐变窄，最后趋于稳定。但是速度过高，会由于切割热量不能及时的补充，切割碎屑由于温度低而黏度大，辅助气体不能及时地将碎屑吹走而黏在断面附近，导致精度下降。速度过低，切割热量输入过多，将工件灼伤，甚至废品率升高。

（4）激光输出功率的影响 在切割速度和辅助气体压力分别为1400mm/min和0.6Mpa下，功率的增大使得切割断面粗糙度升高，断口挂渣严重，切缝逐渐变窄。功率缓慢增大到2100W时，粗糙度最低，功率为3000W时，粗糙度最大。功率在2500W～3000W时，粗糙度线性升高，切缝宽度最小且趋于稳定，挂渣量线性增大。

（5）激光的影响 激光切割时对激光种类的选择尤其重要，铝合金反射率强，因此激光波长不同，铝合金吸收光束能量不同。波长越短，合金吸收率越高；波长越长，合金反射率越大， 吸收率越低。目前用得最多的是波長为10.6m的激光，因其吸收率好，且能保证较高的 加工质量而广泛应用于工业加工中。

（6）其他影响切割表面质量的因素：影响光束的因素，材料的物理性质，喷嘴的形状，外部光路，工件的夹持等。

4 结束语

在当今工业生产中对铝合金的广泛应用，使得研究人员对铝合金的研究越来越深入，本论文主要从工艺加工方面分析激光加工对铝合金断面的影响，可作为后续研究工作的参考，但所述并不完备，还需更加努力学习以及与同行共同研究、探讨。

参考文献

[1] 武伟超，王永军，张新娟，等.2A12铝合金激光切割热影响区及其影响分析[J].航空制造技术，2010，（09）：91-93，97.