光纤激光金属切割工艺改进的途径

激光金属切割进程

激光切开是利用聚焦的高功率密度激光束照耀金属资料，被照耀的金属资料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点，再凭借与光束同轴的高

速气流吹除熔融物质，从而将工件割开。但是，在激光切开板厚度较大时，如5mm 以上，割缝前沿和侧边会发生光束多次反射，并且因为割缝底部的倾角增加，底部反射点处对激光的吸收也增加，因此简单造成割缝前沿中下部部分过热。

以厚板碳钢的切开断面为例，切开断面可以分为三个区域：

上层：光束直接穿透区域，表现为精细且垂直的条纹；

中间层：搁架状区，大部分光束在该区域被资料吸收；

基层：冲刷区，过热的熔融物从此区域流出切缝，并带走较多的熔化资料。

因为激光在割缝中间层发生多次反射造成部分过热，终会导致切开断面粗糙，乃至出现类似弹孔的缺点。对于碳钢切开，缺点一般会在中间层发生。

焦平面光斑能量散布类型激光器的切开才能和激光能量散布严密相关。常见的激光能量散布方式有高斯、平顶、以及新的环形。图5中光斑区域能量密度从高到低依次是：赤色、黄色、绿色、蓝色。经过实际的切开验证，各种能量散布的光斑的切开能力特点。

环形能量散布光斑对激光切开才能的优化对于切开版平顶光斑的3kW光纤激光器而言，选用50μm光纤芯径可以提高薄板的切开速度；但为了提高厚板切开才能，就需要加大光纤芯径。现在市场上的3kW光纤激光器一般采用100μm光纤芯径，而选用此类型的光纤芯径会降低薄板的切开速度。如何一起兼顾薄板和厚板的不同切开需求？这对激光器而言是一道技能难关。

环形光斑中心能量密度较低，可以减少弹孔状切开缺点，提高厚板切开才能（包括切开速度和切开质量）。一起，在此基础上选用50μm的光纤芯径，可以提高对薄板的切开才能。因此，通过优化激光能量散布，可以大幅提高对金属薄板和厚板的切开才能。

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