CO2激光切割的几项关键技术是集光、机、电于一体的综合技术。

激光束的参数、机床和数控系统的性能和精度都直接影响激光切割的效率和质量。特别是对于切割精度较高或厚度较大的零件，必须掌握和解决以下关键技术：

焦点位置控制技术

激光切割的优点之一是光束能量密度高，一般为10W/cm2。由于能量密度与4/πd2成正比辽宁铆焊厂，因此焦点光斑直径尽可能小，以产生窄缝；同时，焦点光斑直径也与透镜的焦深成正比。聚焦透镜的焦深越小，焦点直径越小。但切割时有飞溅，且镜片距离工件太近容易损坏。因此，5″~7.5″（127~190mm）的焦距被广泛应用于高功率CO2激光切割的工业应用中。实际焦点直径为0.1~0.4mm。对于高质量切割，有效焦深还与透镜直径和被切割材料有关。例如钢板，用5英寸镜头切割碳钢时，焦深在焦距的+2%范围内，因此焦点是受控制的。相对于被切割材料表面的位置非常重要。考虑到切割质量、切割速度等因素，原则上，对于6mm金属材料，重点在表面；对于6mm碳钢，重点在表面；对于6mm不锈钢，重点是表面。低于表面。具体尺寸通过实验确定。

工业生产中确定焦点位置的简单方法有以下三种： (1)打印法：将切割头上下移动，将激光束打印在塑料板上，最小打印直径即为焦点。 (2)斜板法：用与垂直轴成一定角度放置的塑料板水平拉动，找到激光束的最小点作为焦点。 (3)蓝火花法：取下喷嘴，吹气，将脉冲激光打在不锈钢板上，切割头上下移动，直至最大蓝火花为焦点。对于飞行光路的切割机，由于光束的发散角，近端和远端的光路长度不同，聚焦前的光束尺寸也有所不同。入射光束的直径越大，焦点的直径越小。为了减少聚焦前光束尺寸变化引起的焦点光斑尺寸变化，国内外激光切割系统制造商提供了一些特殊装置供用户选择：

(1)准直光管。这是一种常用的方法，即在CO2激光器的输出端加一根平行光管进行扩束。光束扩束后，光束直径变大，发散角变小，使得切割工作范围内近端和远端的光束尺寸在聚焦前几乎一致。

(2)在切割头上增加一个独立的移动透镜下轴。它和控制喷嘴到材料表面距离（间隔）的Z轴是两个独立的部分。当机床工作台移动或光轴移动时，光束也从近端F轴移动到远端F轴，使得光束聚焦后的光斑直径在整个加工区域内保持一致。

(3)控制聚焦镜(一般为金属反射聚焦系统)的水压。如果聚焦前光束尺寸变小，聚焦光斑直径变大，则自动控制水压改变聚焦曲率，使聚焦光斑直径变小。

(4)飞行光路切割机增加x、y方向补偿光路系统。即当切割远端光路增大时激光切割加工精密零件，补偿光路缩短；反之，当切割近端光路减少时，补偿光路增加，以保持光路长度一致。

切割和冲压技术

任何热切割技术通常都需要在板上开一个小孔，除了少数情况下可以从板的边缘开始。此前，在激光冲压复合机上，是用冲头冲出一个孔，然后用激光从小孔开始切割。对于没有冲压装置的激光切割机，穿孔的基本方法有两种：

(1)喷砂钻孔：用连续激光照射材料，在中心形成凹坑，然后通过与激光束同轴的氧气流快速去除熔融材料，形成孔。一般情况下，孔的大小与板材的厚度有关。爆破穿孔的平均直径为板厚的一半。因此，较厚的板材爆破穿孔孔径较大且不圆，不宜用在要求较高的零件上（如油筛割缝管）。 ），只能用于废料。另外，由于穿孔所用的氧气压力与切割所用的氧气压力相同，因此飞溅会较大。

（2）脉冲钻孔：（脉冲钻孔）利用高峰值功率脉冲激光熔化或气化少量材料。通常使用空气或氮气作为辅助气体，以减少由于放热氧化而导致的孔膨胀。切割时气体压力高于氧气压力。小的。激光的每个脉冲仅产生小股粒子射流，这些粒子射流逐渐穿透更深，因此厚板穿孔需要几秒钟。穿孔完成后，立即将辅助气体改为氧气进行切割。这样，穿孔直径较小，穿孔质量比爆破穿孔好。用于此目的的激光器不仅应具有高输出功率；更重要的是光束的时间和空间特性机械设备制造，所以一般横流CO2激光器无法满足激光切割的要求。此外，脉冲穿孔还需要更可靠的气路控制系统来实现气体种类、气体压力的切换以及穿孔时间的控制。在脉冲穿孔的情况下，为了获得高质量的切割，从工件静止时的脉冲穿孔到工件的恒速连续切割的过渡技术应得到重视。理论上讲，通常可以改变加速段的切割条件：如焦距、喷嘴位置、气体压力等，但实际上不太可能改变上述条件，因为时间太短。在工业生产中，主要采用改变平均激光功率的方法较为现实。具体方法有以下三种：（1）改变脉冲宽度； (2)改变脉冲频率； (3)同时改变脉冲宽度和频率。实际结果表明，式(3)效果最好。

喷嘴设计和气流控制技术

当激光切割钢时，氧气和聚焦激光束通过喷嘴发射到被切割的材料上，形成气流束。对气流的基本要求是进入切口的气流要大、速度要高，以便有足够的氧化，使切口材料的放热反应充分进行；同时，有足够的动量将熔化的材料吹出。因此，除了光束的质量和控制直接影响切割质量外，喷嘴的设计和气流的控制（如喷嘴压力、工件在气流中的位置等）也对切割质量产生影响。 ）也是非常重要的因素。目前用于激光切割的喷嘴采用简单的结构，即末端有一个小圆孔的锥形孔。设计通常是使用试错法来完成的。由于一般使用喷嘴

由紫铜制成，体积小，是需要经常更换的易损部件。因此，不进行流体力学计算和分析。使用时，从喷嘴侧面引入一定压力Pn（表压Pg）的气体，称为喷嘴压力。从喷嘴出口喷出，经过一定距离后到达工件表面。该压力称为切削压力Pc。最后，气体膨胀至大气压。研究工作表明，随着Pn的增加，气流速度增加，Pc也增加。

可按下式计算：V=8.2d2(Pg+1)

V-气体流量L/min

d-喷嘴直径mm

PG-喷嘴压力（表压）bar

不同的气体有不同的压力阈值。当喷嘴压力超过该值时，气流变为法向斜激波，气流速度由亚音速过渡到超音速。这个阈值与两个因素有关：Pn和Pa的比值以及气体分子的自由度（n）：例如氧气和空气的n=5激光切割加工精密零件，所以阈值Pn=1bar×(1.2)3.5=1.89酒吧。当喷嘴压力较高时Pn/Pa=(1+1/n)1+n/2(Pn；4bar)，气流的法向斜冲击波密封变为法向冲击波，切割压力Pc减小，气流速度降低，工件表面形成涡流，削弱了气流去除熔融材料的作用，影响切割速度。因此，采用端部有锥孔、小圆孔的喷嘴，氧气喷嘴压力常在3bar以下。

为了进一步提高激光切割速度，可以根据空气动力学原理，在增加喷嘴压力的同时不产生正向冲击波，设计制造缩放喷嘴，即拉瓦尔喷嘴。结构易于制造。德国汉诺威大学激光中心使用了透镜焦距为2.5英寸的500WCO2激光器，并使用小孔喷嘴和拉瓦尔喷嘴进行了实验。测试结果：分别表示不同氧气压力下NO2、NO4、NO5喷嘴的切口表面粗糙度Rz与切割速度Vc的函数关系。 NO2小孔喷嘴在Pn为400Kpa（或4bar）时切割速度只能达到2.75m/min（碳钢板厚度为2mm）。 NO4和NO5两种拉瓦尔喷嘴在Pn为500Kpa～600Kpa时切割速度可达3.5m/min和5.5m/min。需要指出的是，切割压力Pc也是工件与喷嘴之间距离的函数。由于斜冲击波在气流边界处多次反射，因此切割压力呈周期性变化。

第一高切割压力区域邻近喷嘴出口。工件表面到喷嘴出口的距离约为0.5~1.5mm。切割压力Pc大且稳定，是目前工业生产中切割扳手常用的工艺参数。第二高切割压力区域距喷嘴出口约3~3.5mm，切割压力Pc也较大。也能达到很好的效果，有利于保护镜片，增加其使用寿命。曲线上的其他高切割压力区域无法使用，因为它们距离喷嘴出口太远并且难以匹配聚焦光束。