蔡锦达，陈 涛，王 颖，陟俊杰



半导体激光切割金属薄板工艺

蔡锦达1，陈 涛1，王 颖2，陟俊杰1

( 1. 上海理工大学机械工程学院，上海 200093；2. 中国科学院上海光学精密机械研究所，上海 201800 )

本文使用高亮度半导体激光器作为光源，对不锈钢和碳钢板材进行了激光切割实验。实现对半导体激光切割可行性的验证，并对切割过程进行全面分析。实验表明：在以氧气做辅助气体时，大部分切割能量来自于材料的氧化过程，而激光输出能量推动氧化反应持续进行；以氮气为辅助气体时，激光的功率密度和激光的总输出功率是影响切割结果的主要因素；500 W半导体激光适合切割3 mm左右的金属板材，切割效率与光纤激光接近，并且可以得到相似的切割表面和切缝形态。结合氧助激光切割碳钢的工艺特点，通过优化方案可提高半导体激光对碳钢的切割能力，使此功率水平的半导体激光在氧气辅助条件下可以成功切割6 mm厚度碳钢板。

半导体激光；激光切割；光纤激光；切割工艺

0 引 言

传统的大功率半导体激光器由于散热的需要和封装技术的制约等原因，光束质量较差，亮度低，无法满足大多数加工的要求。而近年来半导体激光技术已将亮度发展到接近光纤激光器的水平。但这些新型的产品价格依然很高，并且由于工艺稳定等原因，尚未得到推广。因此如何利用已经批量化工业化的传统半导体激光器，如列阵，是半导体激光应用中亟待解决的热点问题。

目前，国内外高亮度半导体激光器的应用仍在起步阶段，激光切割的研究主要集中在CO2激光和光纤激光对金属厚板的切割[1-3]。……