这是金属加工(mw1950pub)发布的第14248篇文章。

编者按：

12月10日，中国首台100kW超高功率激光器在湖南衡阳正式启用。该激光器由南华大学与锐科激光等单位联合研制，是中国目前最大功率的工业光纤激光器，也是全球第二大功率的工业激光器。它打破了国外技术垄断的局面，大大提升了我国大型装备制造水平。该设备将主要应用于核设施管道的厚管焊接、放射环境下核设施的退役拆除、核污染器件的表面去污、高放废液的玻璃固化处理等高端应用。

激光用于工业制造是一项伟大的发明，激光被称为“最快的刀”，可媲美核能、计算机和半导体。经过了几十年的发展，激光切割已从固体激光器、CO2激光器发展到光纤激光器。而且，光纤激光器功率级别逐渐提高，高功率光纤激光技术是行业同仁普遍认可的未来激光切割主流发展方向。今天主要围绕光纤激光加工技术原理及发展等几方面的问题来探讨一下。

在工业生产中，激光切割占激光加工的70%以上，是激光加工行业中最重要的一项应用技术。

激光切割碳钢样品

激光切割机是20世纪末21世纪初新兴的一种板材加工机械设备。经过国内外近20年的不断技术更新和工艺发展，激光切割工艺以及激光切割机设备正被广大板材加工企业所熟悉和接受，并以其加工效率高、加工精度高、切割断面质量好、可进行三维切割加工等诸多优势逐步取代等离子切割、水切割、火焰切割、数控冲床等传统板材加工手段。

根据激光发生器的不同，目前市面上激光切割机大致可分为三种：YAG(固体)激光切割机、CO2激光切割机、光纤激光切割机三种。今天主要介绍光纤激光切割机。

1. 光纤激光切割机

光纤激光切割机是通过光纤激光器输出高能量密度的激光束，并聚集在工件表面上，使工件上被超细焦点光斑照射的区域瞬间熔化和气化，通过数控机械系统移动光斑照射位置而实现自动切割。光纤激光器同体积庞大的气体激光器和固体激光器相比具有明显的优势，已逐渐发展成为高精度激光加工、激光雷达系统、空间技术、激光医学等领域中的重要候选者。光纤激光切割机既可做平面切割，也可做斜角切割加工，且边缘整齐、平滑，适用于金属板等高精度的切割加工。比起普通二氧化碳切割机，光电转化率高，是节能环保的新产品。

光纤激光切割机主要优点：

1. 光电转换率高，电力消耗少；割缝细小，光斑质量好；可用于精细切割。

光纤激光切割机具有以下优点：无污染、噪声小、精度高。其工作原理是内光学与外光学的原理，包括切割原理、激光的产生和热量的产生等。在切割过程中，高温瞬间融化或者气化切割材料，再使用高压气体，将融化的熔融物和残渣吹掉，从而实现切缝。同时，通过X、Y、Z三轴联动，实现切割。

光纤激光器是一种能够将电能转化为光能的器件。目前光纤激光器的电光转换率是25%~35%。性能越好的激光器它的电光转换率比例也就越高。当然相对的，电光转换率的比例越大，能耗也就越小，电光转换率比例越低，它的能耗越大。

当激光器产生光时，通过光纤来传输到我们的激光头上面。因为光与光之间具有相互排斥性，所以它们可以无限接近，但是却永远不会相交。当它们被光纤头释放出来时，它们呈现出来的形状是波浪形的。为了收集和集中能量，需要准直镜将波形光处理接近于平行的光。聚焦镜的作用就是将已经处理成近乎平行的光收集并集中在一起，形成超强密度的光斑。保护镜片则起着保护作用。

以下是重构后的内容：

当光纤激光切割机在使用的过程中，会产生一定的金属粉尘和碎屑。这些碎屑会进入到激光切割机的切割头当中，因此需要保护镜片来起到隔绝保护的作用。(保护镜片属于易耗品，平均每个月损坏1片，当然损耗的数量根据设备的使用强度和场景不同，数量也不同)。

在激光通过保护镜片后，再通过激光铜嘴释放出来。(跟保护镜片一样，激光铜嘴也属于易耗品，平均每个月要损坏2个，当然还是与镜片一样，损耗的数量根据设备的使用强度和场景不同，数量也不同)。

高功率光纤激光技术是行业同仁普遍认可的未来激光切割主流发展方向。不论从市场竞争角度还是用户应用方向来看，高功率光纤激光技术的增长速度一年比一年强势。2016年之前，激光高功率切割市场是被2~6kW所占据，时至今日，12kW、15kW、20kW已经很普遍，甚至30~40kW激光切割器也逐渐增多，100kW也开始启用。高功率激光切割机之所以如此火爆，肯定有其优势。

优势一：切割极限厚度大幅提升

相较于较低功率的激光器，切割能力的提升有了质的飞越，使激光切割机的加工范围得到了巨大的提升。

天弘万瓦级激光切割机切割样品

优势二：切割中薄板的效率倍增

在选择激光切割设备的功率时，对不同材料的切割速度是考察的关键因素。光纤激光切割应用在中、低厚度的板材加工中优势显著，激光功率的提升能够让切割速度倍速提升，速度的提升带来的是光纤激光切割机经济效益的指数上升。

以市场上常见的20kW和12kW为例，与6kW切割速度对比：

可以明显看出，常见厚度的碳钢和不锈钢，20kW和12kW的切割效率明显优于6kW,切割速度提升50%~320%不等。材料厚度越小，由于功率过剩优势并不明显；厚度越大，优势越明显。

优势三：切割工艺的多样性增加

除了切得更厚更快的优势外，随着激光器功率的上升，激光切割的工艺还能玩出更多花样。比如当下备受好评的高速亮面切割技术。

高功率高速亮面切割技术(HHB),即在功率足够的情况下利用小喷嘴、小气压配合高功率激光高速切割不同厚度的碳钢板材以此获得光滑的切割断面和更小的加工锥度。光滑的切面方便客户后续加工；同时锥度基本能够控制在双边0.2mm以下。在某些高精度要求的加工行业更好地满足客户要求。

天弘激光亮面切割样品展示

三维五轴光纤激光切割机床是一种集光、机、电、气一体化的高端机床装备，广泛应用于汽车行业、模具行业、军工及航空航天行业、家用电器行业以及异型管材类切割。主要适用于曲面薄板类的金属切割，可以用于三维异形曲面的切孔和修边，甚至可以替代冲孔模和修边模。

汽车冲压模具行业对切割精度要求较高，而三维五轴光纤激光切割机床因其生产效率高、性能稳定等特点受到欢迎。然而，主要市场仍然被国外设备所垄断。由于钢板强度太高，传统的修边模和冲孔模因钢板高强度问题无法进行修边和冲孔，只能使用激光进行生产，从而使三维五轴激光切割产品进入汽车批量生产线，成为不可替代的生产工艺及工序。随着越来越超高强度钢板被汽车行业广泛应用，使得三维五轴激光切割机产品得到更多的应用。

未来发展展望

据海外市场调研机构称，全球光纤激光切割机市场未来几年将以约7%~8%的CAGR增长，到2024年将达到23.5亿美元。北美和欧洲地区对光纤激光切割机的需求将不断增长，从而推动市场对更先进的光纤激光切割机的需求。国内随着汽车轻量化发展，包括工程机械应用在内的新基建的兴起，以及高铁、核电、船舶、石油化工及航天航空等领域的高速发展，对激光切割加工装备和工艺技术提出了更高的需求，将继续带动以光纤激光切割机为代表的激光切割装备迎来新一轮的增长。

征稿启事

金属加工微信平台向广大金粉征稿啦：技术分享、行业分析、工作心得等原创内容，文体不限，文末附联系方式，欢迎来稿。

投稿邮箱：mw1950@mw1950.com(标题备注：微信投稿)

小编微信：mw19502

-End-