材料指南

工程师用激光切割材料实用清单

本页给出激光切割材料的实用清单，并说明各类材料在切割边缘的表现：哪些金属、塑料和非金属切得干净，哪些需要辅助气体，以及工艺在何处不再适用。面向在首次报价前选定板材的工程师和采购人员。

光纤激光辅助气体说明边缘质量材料厚度

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切割如何完成

光纤激光将 1,070 nm 的光聚焦成约 0.1–0.3 mm 宽的光斑。金属吸收该能量后局部熔化，同轴气体射流将熔池从切缝吹出。整个过程不接触板材，因此没有刀具磨损、没有装夹颤振，也不受刀具本体限制的最小圆角半径。

这一机制决定了任何激光切割材料清单的第一条规则：材料必须吸收光束，熔池必须顺畅流出。钢、不锈钢和铝都满足这两点。铜和黄铜在室温下反射大部分光束，因此需要更高功率和更紧的焦点才能稳定切割。

反射率并非固定不变。表面开始熔化后反射率会下降。这就是 1 kW 光纤激光切 3 mm 铜很吃力，而 6 kW 光源却能轻松切透的原因。决定板材能否切割的是功率，而非材料名称。

热量也必须传导出去。窄切缝在多数钢上留下约 0.05–0.3 mm 的热影响区（HAZ）。薄板可忽略不计。12 mm 厚板则可能改变边缘硬度，若零件后续要焊接或承受疲劳载荷，这一点很关键。

金属

碳钢是任何激光切割材料清单中最容易的选项。1018 或 A36 用氧气辅助切割，氧反应补充热量，因此 6 mm 板比用氮气切得更快。代价是边缘略有氧化，喷漆或焊接前需要清理。

改用氮气辅助，边缘光亮无氧化，可直接粉末喷涂。气体成本增加、速度略降，但省去一道二次工序。对于要喷漆的支架、盖板和焊接件，这通常是正确选择。

不锈钢 304 和 316 需要氮气而非氧气。不锈钢用氧气辅助会留下难以去除的厚重黑色氧化层，并可能引发腐蚀。用 12–18 bar 氮气，中功率光纤机切 3 mm 304 速度约 4–6 m/min，边缘保持银亮。

工具钢和 4130/4140 在约 10 mm 以内表现良好。超过后底部开始挂渣，切缝出现锥度。若零件在 15 mm 处需要平直无毛刺边缘，激光不是合适工艺；水刀或磨料切割更合适。

有色金属

铝在清单上，但与钢截然不同。表面反射，且导热速度约为钢的五倍。两种效应都要求更高功率和氮气辅助。6 kW 光源可干净切割 6 mm 6061；3 mm 在几乎所有现代光纤机上都能切。

合金选择比厚度更重要。5052 和 6061 切割稳定。7075 锌含量较高，冷速快切时边缘易产生微裂纹。若 7075 支架要承受疲劳载荷，应在切割面安排一道轻切削。

铜和黄铜位于清单的困难端。C110 铜反射强烈，切 3 mm 需 4–6 kW。黄铜 C36000 较容易，因为锌蒸发有助于排渣，但锌蒸气有毒，排烟净化不可省略。

钛（Ti-6Al-4V、2 级和 5 级）用氩气或氮气辅助切割良好。问题不在切割本身，而在边缘化学。钛在高温下与氧反应，氮气保护的切割可保持边缘韧性。若残留氧化层，零件可能无法通过弯曲试验。

非金属

CO2 激光可处理多数非金属；光纤激光一般不行。亚克力（PMMA）切割后边缘火焰抛光，无需后处理，因此在标牌和展示领域占主导。ABS 可切，但边缘略发黄并释放烟气，必须排烟。

POM 和 PA 低功率下切割干净。PEEK 较难：需要更紧焦点和更慢进给，切边略粗糙。碳纤维板是特例。激光切的是树脂而非纤维，因此边缘起毛且粉尘导电。许多工厂改用铣削或水刀切割碳纤维。

木材、MDF 和胶合板切割良好，但边缘会炭化，炭化深度随厚度增加。纸张和纸板切割快，常用于包装原型。泡沫和橡胶切割后边缘封闭，这往往是它们取代模切的原因。

非金属材料的规则很简单：如果材料熔化而不燃烧，且烟气可以排出，那它大概率能切。如果它烧焦、冒浓烟，或含氯（PVC），就停。PVC 会释放氯化氢，腐蚀机器光学元件。

限制

厚度是第一道墙。6 kW 光纤光源的实际上限约为碳钢 20 mm、不锈钢 12 mm、铝 8 mm。超过这些数值，切缝会变锥、产生挂渣，切割速度骤降。水刀或等离子成为更便宜的路线。

边缘质量是第二道墙。激光切割在厚板上会留下条纹状边缘。如果图纸要求切割面达到 Ra 0.8–1.6 μm，单靠激光达不到，需要一道轻精加工或换工艺。

材料化学是第三道墙。PVC、含氯化发泡剂的聚氨酯泡沫，以及任何含卤素的板材都会腐蚀机器。部分涂层钢还会释放需要过滤的锌或铬烟尘。上料前先查材料数据表。

最后，考虑切割之后的事。不锈钢和铝的激光边缘通常可直接焊接，但铜和黄铜会留下轻微氧化的边缘，需要清理。如果零件直接去阳极氧化，切割边缘的氧化效果会与轧制面不同。

快速参考

中等功率光纤或 CO2 光源的典型范围；具体极限取决于机器功率和辅助气体。