一、定義與原理
定義
鋼板激光切割是一種利用高能量密度激光束對鋼板進行精準切割的技術，通過聚焦后的激光照射材料表面，使其熔化或汽化，并配合輔助氣體吹除熔渣，實現高效、高精度的切割過程。
原理
激光切割基于以下步驟：
能量聚焦：激光束通過透鏡聚焦至極小光斑（直徑可小于0.1mm），形成高達10^6～10^9 W/cm2的功率密度。
材料作用：激光能量迅速加熱鋼板至熔點或沸點，熔化或汽化材料。
輔助氣體吹除：氧氣、氮氣等氣體吹走熔融物，形成連續切縫。
路徑控制：數控系統驅動激光頭沿預設路徑移動，完成復雜形狀切割。
二、材料適用性
激光切割可處理多種鋼板材料，不同材料需調整工藝參數：
碳鋼
適用厚度：1～30mm（超高功率可達40mm以上）。
氣體選擇：氧氣（氧化切割，速度快但切口氧化）。
特點：熱影響區小，切割效率高，適用于建筑、機械制造。
不銹鋼
適用厚度：1～60mm（厚板需萬瓦級設備）。
氣體選擇：氮氣（無氧化切口，保持原色）。
難點：需大噴嘴（如3.0～5.0mm孔徑）和高氣壓（0.8～1.5MPa）。
合金鋼（如Q355N、SA516Gr70）
特點：高強度、耐腐蝕，切割時需控制功率與速度以避免熱變形。
應用：船舶、橋梁、壓力容器等。
特殊材料
鋁及鋁合金：需高功率（3kW以上）和氮氣輔助，避免氧化。
銅、鈦：反射率高，需特殊工藝（如脈沖激光）。
三、關鍵工藝參數
激光功率
與鋼板厚度正相關：10～15mm鋼板需3～5kW，小于5mm可低至1～2kW。
超厚板（如20mm碳鋼）需12kW以上功率，切割速度1.2m/min。
切割速度
平衡質量與效率：過快導致切不穿，過慢增大熱影響區。
示例：6mm碳鋼速度1～2m/min，20mm碳鋼0.65m/min。
輔助氣體
氧氣：碳鋼氧化切割，速度高但切口氧化。
氮氣：不銹鋼、鋁等非氧化切割，保持表面光潔。
壓力范圍：0.8～1.5MPa（不銹鋼厚板需更高壓力）。
焦點位置
負離焦（焦點低于材料表面）適用于不銹鋼厚板，正離焦用于薄板。
焦距偏差±0.1mm可顯著影響切割質量。
噴嘴選型
噴嘴孔徑隨厚度增大：3mm以下用2.0mm，10mm以上用3.5mm以上。
單雙層噴嘴選擇：熔化切割用單層，氧化切割用雙層。
四、優勢與挑戰
優勢
高精度：切縫寬度0.1～0.3mm，垂直度誤差±0.5°。
高效靈活：編程控制實現復雜形狀切割，適用于小批量定制。
環保節能：無機械接觸，減少噪音和污染。
挑戰
厚板切割：需超高功率設備（如12kW以上），成本較高。
材料特性限制：高反射率材料（如銅）需特殊工藝。
參數優化：不同材料需反復調試功率、速度、氣體參數。
五、應用領域
建筑與機械
結構件切割（如橋梁支架、鋼結構框架）。
案例：上海金貿大廈采用激光切割提高施工精度。
航空航天
薄壁件、復雜曲面切割（如渦輪葉片冷卻孔）。
新能源
鋰電池極片切割（12μm銅箔無毛刺工藝）。
醫療與電子
心臟支架、柔性電路板微孔加工（精度達50μm）。
六、質量控制與常見問題
質量檢測指標
粗糙度：Ra≤1.6μm（高端應用）。
垂直度：厚板切割需控制在±0.5°以內。
毛刺與熔渣：需機械清理或二次加工。
常見問題及解決
毛刺：調整焦點位置、增大噴嘴孔徑或提高氣壓。
條紋：更換小噴嘴，優化切割速度與功率匹配。
未切割透：檢查噴嘴匹配性，降低切割速度。
七、發展趨勢
超高功率設備：萬瓦級激光切割機普及，厚板切割厚度提升至400mm以上。
智能化控制：AI自適應調整參數，結合工業互聯網實現遠程監控。
環保技術：水導激光切割（WJGL）減少熱損傷，適用于脆性材料。
超精細加工：紫外激光實現0.001mm線寬，用于半導體、醫療器件。