碳钢激光切割。 （照片由 Ipg Photonics 提供）随着 2000 年代初期千瓦级光纤激光器的推出以及随后在 2000 年代后期将其集成到切割工具中，光纤激光器已将激光切割从小众方法转变为主流制造工艺.从那时起，光纤激光器就主导了金属板材的激光切割，因为它们易于集成、可靠、低维护、与现有激光技术相比资本和运营成本低、切割速度快，并且可以扩大功率。在过去十年中，激光切割市场的年增长率超过 10%，是其他型材切割工艺增长率的两倍多。
近年来，制造行业迅速采用超高-动力（UHP）光纤 l用于切割的 10 至 40 kW 范围内的激光。通过每年在 FABTECH 的展厅或教育研讨会上关注最先进的激光切割系统，人们会注意到可用于切割的最大功率已从 2016 年的 6 kW 急剧上升到 2022 年的 40 kW，六年内增长了近七倍。仅在过去三年中，切割系统的最大激光功率已从 15 千瓦跃升至 40 千瓦。超高功率激光器的快速发展在今年继续保持，最近有两个显着的发展：用于切割的 50 千瓦光纤激光器的可用性及其在现场的测试；以及电效率超过 50% 的高效 UHP 光纤激光器的发布，这为具有高占空比的高功率切割应用提供了显着的节能效果。
三个主要发展的重叠过去几年使 UHP 切割趋势变得可行，即降低光纤激光器的成本/千瓦功率，能够处理超高激光功率的切割头的可用性，以及对高功率激光切割应用工程的更好了解。
切割速度随着激光功率的增加而显着提高，从而导致大幅减少运营成本（包括气体使用量、每个零件的循环时间和每个零件的能源消耗）并显着降低每个零件的成本。例如，通过将功率从 6 kW 增加到 15 kW，同时在低功率和高功率切割中使用相同的辅助气压和喷嘴尺寸（即相同的气流），大多数不锈钢厚度的切割速度提高了四倍以上，导致气体使用量和其他运营成本成倍减少。
UHP 激光器还允许使用高压空气而不是更昂贵的氮气对厚碳钢和不锈钢进行无熔渣切割，或更慢的氧气切割。在高激光功率下，使用空气辅助气体进行切割的速度明显快于氧气切割，与空气切割一样——与氧气切割不同——速度随着激光功率的增加而增加。例如，用30kW激光切割16mm厚的碳钢时，气辅切割速度大于9m/min，而氧气切割速度仅为2m/min左右。
当使用氮气辅助气体切割 10 毫米厚的不锈钢时，切割速度从 6 kW 时的约 2 m/min 增加到 15 kW 时的 12 m/min 以上，增加了六倍，增加了 2.5 倍当权的。这种提高的速度很容易使大多数零件设计的单件成本下降两到三倍。然而，生产率提高一倍的激光切割系统并不昂贵，因为每千瓦激光源的成本随着激光功率的增加而降低，而且更高的激光成本被吸收在总体机床成本中。
作者UHP 显着提高了切割速度，使激光切割相对于冲压等机械切割方法更具竞争力，同时保留了独特的优势ntages（即灵活性、无工具磨损、非接触式切割以及切割复杂薄壁的能力）。与激光等任何轮廓切割工艺相比，冲压的优势通常在于大规模制造几何形状相对简单的零件，因此可以证明初始前期模具成本是合理的。然而，随着制造行业对灵活性的要求越来越高，UHP 激光器提供的高切割速度已经将激光与冲压的成本考虑转向了激光。
在高功率激光器兴起之前，普遍的假设是激光最适合较薄的切割，而等离子则适合较厚的切割。尽管等离子在切割厚金属方面确实表现出色，但在过去六年中激光功率的急剧增加每年都在提升感知到的激光/等离子厚度边界，有利于激光。
应用测试表明高- 以 30 kW 的功率对厚度达 100 毫米的金属进行优质激光切割。接收nt 测试表明，在 40 kW 的情况下，可以使用空气辅助气体实现厚度达 230 毫米的碳钢激光切割。 UHP 激光器和高功率等离子之间的比较测试表明，40 kW 光纤激光切割 12 至 50 毫米厚的不锈钢截面的速度快 3-4 倍，而 12 至 30 毫米厚的低碳钢截面的速度快 3-4.5 倍激光。由于超高的生产率、更高的厚度能力和良好的切割质量（无熔渣、近乎无锥度切割），15 kW 及更高功率的激光器正在越来越多的应用中取代等离子切割机。
总而言之，10 至 50 kW 范围内的超高功率激光器通过实现超高生产率和降低每个零件的成本以及改进的范围和质量正在改变金属切削工艺的竞争格局厚切。 UHP 激光切割通过减少每个零件的辅助气体消耗量来降低制造成本，用压缩空气代替 N2 和 O2 辅助气体，同时保持质量ty，减少每个零件的电力消耗，减少机器占地面积和所需的机器操作员数量。随着超高功率激光器的功率和功率不断增加，预计这些强大的优势将变得更加引人注目能源效率，这扩大了他们改变不同行业切割应用的能力。几年后，激光的超高功率可能根本不会显得“超”。
激光加工是一个瞬息万变的领域。要了解激光切割、激光焊接和其他激光应用的基础知识并获得最新培训，包括有关超高功率激光切割的更多详细信息，请查看今年在亚特兰大举行的 FABTECH 2022（11 月 8 日）的激光会议-10).
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