激光光束配上高纯惰性切割气体促使熔化的材料离开割缝,而气体本身不参于切割。激光熔化切割可以得到比气化切割更高的切割速度。气化所需的能量通常把材料熔化所需的能量。在激光熔化切割中,激光光束只被部分吸收。大切割速度随着激光功率的增加而增加,随着板材厚度的增加和材料熔化温度的增加而几乎反比例地减小。在激光功率一定的情况下,限制因数就是割缝处的气压和材料的热传导率。激光熔化切割对于铁制材料和钛金属可以得到无氧化切口。产生熔化但不到气化的激光功率密度,对于钢材料来说,在104W/cm2~105 W/cm2之间。
熔化切割一般使用惰性气体,如果代之以氧气或其它活性气体,材料在激光束的照射下被点燃,与氧气发生激烈的化学反应而产生另一热源,使材料进一步加热,称为氧化熔化切割。
在工业生产中确定焦点位置的简便方法有三种:
(1)打印法:使切割头从上往下运动,在塑料板上进行激光束打印,打印直径小处为焦点。
(2)斜板法:用和垂直轴成一角度斜放的塑料板使其水平拉动,寻找激光束的小处为焦点。
(3)蓝色火花法:去掉喷嘴,吹空气,将脉冲激光打在不锈钢板上,使切割头从上往下运动,直至蓝色火花大处为焦点。
这是一种常用的方法,即在CO2激光器的输出端加一平行光管进行扩束处理,扩束后的光束直径变大,发散角变小,使在切割工作范围内近端和远端聚焦前光束尺寸接近一致。
用于冷却激光发生器。激光器是利用电能转换成光能的装置,如CO2气体激光器的转换率一般为20%,剩余的能量就变换成热量。冷却水把多余的热量带走以保持激光发生器的正常工作。冷水机组还对机床外光路反射镜和聚焦镜进行冷却,以稳定的光束传输质量,并有效防止镜片温度过高而导致变形或炸裂。
自从激光技术被引入切割金属薄板,CO2激光器就雄踞市场。CO2激光光源需要很多能量来激发氮分子来与CO2分子(激光气体)产生碰撞,促使它们发射光子,终形成可以割穿金属的激光束。谐振腔内的分子活动在释放出光的同时也释放出热量,这就需要一个冷却系统来冷却激光气体。这意味着在冷却过程中要消耗更多能量,进一步减低了能效。