金属切割工艺与光斑的关系

光斑与金属切割工艺激光切割是利用聚焦的高功率密度激光束照射金属材料，被照射的金属材料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点，再借助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，在激光切割板厚度较大时，如5mm以上，割缝前沿和侧边会发生光束多次反射，并且由于割缝底部的倾角增加，底部反射点处对激光的吸收也增加，因而容易造成割缝前沿中下部局部过热。

以厚板碳钢的切割断面为例，切割断面可以分为三个区域：

最上层：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材料吸收；

最下层：冲刷区，过热的熔融物从此区域流出切缝，并带走较多的熔化材料。

由于激光在割缝中间层发生多次反射造成局部过热，最终会导致切割断面粗糙，甚至出现类似弹孔的缺陷。对于碳钢切割，缺陷一般会在中间层产生。

激光器的切割能力和激光能量分布紧密相关。常见的激光能量分布形式有高斯、平顶、以及最新的环形。环形光斑中心能量密度较低，可以减少弹孔状切割缺陷，提升厚板切割能力（包括切割速度和切割质量）。同时，在此基础上采用50μm的光纤芯径，可以提高对薄板的切割能力。因此，通过优化激光能量分布，能够大幅提升对金属薄板和厚板的切割能力。

厚板碳钢切割质量更好碳钢厚板切割一直是光纤激光器在切割上的应用难点。影响碳钢切割的因素比较多，除了如气体纯度、切割头准直聚焦特性、喷嘴类型等，激光束焦平面光斑的能量分布也有重要影响。对光斑能量分布进行优化后，20mm及以上厚度的碳钢板的切割断面质量有了较大提升。