摘 要

激光切割质量好，尺寸精度高，热影响小，在切割行业应用越来越广泛。通过对光纤激光切割机的介绍及其与二氧化碳激光切割机的对比，分析了光纤激光切割机在未来切割行业中的技术优势、结构优势、成本优势。光纤激光具有切割薄板速度快、能量集中、电光转化率高、柔性加工等众多优点。本文重点研究了光纤激光切割在切割碳钢及不锈钢时在不同激光功率、吹气压力、切割速度、板材材质和板材厚度时切割多带来的变化。同时指出了目前光纤激光切割技术存在的安全问题及厚板切割局限性问题，提出了当前的一些解决方案及研究热点，并展望了光纤激光切割技术的发展前景。

关键词：光纤；激光；切割；工艺参数；不锈钢；碳钢

Optical fiber laser cutting technology research

Abstract:

Laser cutting are of good quality and high dimensional precision, small heat affected, more and more widely applied in cutting and other industries. Through the optical fiber laser cutting machine is introduced and its comparison with carbon dioxide laser cutting machine, analyzed the optical fiber laser cutting machine cutting in the industry in the future technology, structure, advantages, cost advantages. Optical fiber laser are fast cutting thin plate, the energy concentration, electro-optical conversion rate is high, the flexible manufacturing, and many other advantages. This article focuses on the optical fiber laser cutting in the cutting of carbon steel and stainless steel at different laser power, air pressure, cutting speed, plank material and the thickness of the sheet cutting brings more changes. At the same time points out the security problems of the optical fiber laser cutting technology limitations and thick plate cutting problem.

Key words: optical fiber; Laser; Cutting; The process parameters; Stainless steel; Carbon steel

目录

1 激光切割机的原理以及国内外的发展状况 - 1 -

1.1激光切割机原理 - 1 -

1.2激光切割的发展现状 - 1 -

1.3激光切割机的发展趋势 - 4 -

1.4产品对比 - 4 -

2 光纤激光切割机主要组成部分及结构 - 8 -

2.1激光发射器的结构 - 8 -

2.2 ByLaser 3000-激光气体回路 - 9 -

2.3涡轮机结构 - 9 -

2.4激光气体混合装置结构 - 10 -

2.5光闸简介 - 12 -

2.6激光功率测量装置 - 12 -

3 光纤激光切割和CO2激光的区别 - 14 -

3.1光纤激光和CO2激光的结构 - 14 -

3.2 光纤激光的能量特点 - 15 -

3.3切割速度的比较 - 15 -

3.4光纤激光在切割中的优点 - 16 -

3.5光纤激光当前研究及应用实例 - 17 -

3.6光纤激光的不足 - 18 -

3.6.1安全性 - 18 -

3.6.2厚板切割和切割刻痕 - 18 -

3.7光纤激光的发展展望 - 19 -

4 光纤激光对不同材料切割工艺的研究 - 22 -

4.1光纤激光不锈钢薄板切割工艺研究 - 22 -

4.1.1实验设备和方式： - 22 -

4.1.2结果和讨论 - 23 -

4.2光纤激光碳钢薄板切割工艺研究 - 27 -

4.2.1试验装置 - 27 -

4.2.2结果与讨论 - 28 -

结论 - 34 -

致 谢 - 36 -

参考文献 - 37 -

1 激光切割机的原理以及国内外的发展状况

1.1激光切割机原理

激光切割机是利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点，同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，从而实现将工件割开。激光切割属于热切割方法之一。激光切割机的原理见图1.1。

图1.1激光切割机的原理

1.2激光切割的发展现状

1994年湖南大学激光研究所研制成功国内第一台析架式折叠准封离型切割与焊接激光器，并获得国家发明专利。每台设备的售价只有国外产品的1/2.

2003年3月，中科院长春光机与物理研究所研制的“数控激光管材加工设备”，改变了我国石油行业依赖进口设备加工管材的局面。这标志着我国制造先进装备的能力已达到国际先进水平。

济南铸锻所数控机械公司开发制造出国产第一台LC2-18*30型交换式双工作台双边驱动数控精密激光切割机。在设计上突破了两项关键技术，一是解决了轴双边驱动时两个电极的同步问题，二是解决了升降工作台8个气缸的同步问题。

2004年9月，华工科技成功推出第一台国产化高性能激光切割机。

日本目前已拥有CO2激光加工机2万台，约占全球激光加工机总量的1/3，其中80%为激光切割机设备。日本自1995年以来，年生产激光加工机已超过500台左右，其中YAG激光切割机100多台。全球的高功率数控激光切割成套设备累计拥有量达35000台（套）左右，而我国目前高功率数控激光切割成套设备的拥有量为1500台左右。国产数控激光切割机的主要特点是：价格较低，约是进口价格的1/3，激光器功率较低，一般为1.5KW以下。与国外机相比表现为切缝宽，表面质量、机械精度、整机的稳定性、柔性较差，但具有价格方面的优势。

2007年国内大型激光切割设备的销售额达到15亿元，在中低端产品方面基本占领国内市场，并有部分产品出口。但与美国、欧盟、日本等发达国家相比，我国的激光切割设备仍然停留在低端产品阶段，而且高功率激光器、激光专用控制系统、激光光束传输控制、激光切割专有技术等绝大部分核心技术还依赖进口。目前，国际上德国通快 TRUMPF公司、瑞士百超BYSTRONIC和意大利PRIMA等国际知名公司已经开发出大功率、大幅面、高速、飞行光路、多维立体、数控自动的激光切割机。在高端激光切割系统领域，我国与国际先进水平存在较大差距，产品基本依赖进口，每年不得不花费数十亿元从国外引进相关技术与设备。如船舶制造业中厚钢板的激光切割设备、三维立体激光切割设备、有色金属激光切割设备等，引进价格昂贵、订货周期长、售后服务无法及时保证，严重制约了我围困民经济的发展。并且由于国外在该领域出口对我国有明确的限制，采用许可证制度，严格规定该项技术不能用于军工、航空航天等领域，因此我国急需突破该项技术。