激光切割技术试题带答案

激光切割技术试题带答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.在CO₂激光切割中，决定材料对激光吸收率最关键的因素是A.激光功率密度B.材料表面粗糙度C.激光波长与材料耦合系数D.辅助气体压力答案：C解析：CO₂激光波长10.6μm，与金属的耦合系数仅3%～7%，而光纤激光1.07μm耦合系数可达30%以上，波长差异直接决定吸收率，进而影响切割效率。2.不锈钢薄板采用氮气作为辅助气体时，切口边缘出现“毛刺挂渣”的最可能原因是A.焦点位置过于靠上B.氮气纯度不足含氧量>0.1%C.喷嘴直径过大D.脉冲频率过高答案：B解析：氮气切割依靠激光功率熔化材料，靠气体动能排出熔融物；若氮气含氧，熔融金属被二次氧化，黏度升高，无法被完全吹除，形成挂渣。3.激光切割碳钢时，出现“烧角”缺陷，优先调整的参数是A.降低进给速度B.提高辅助气体压力C.引入“功率坡降”功能D.增大占空比答案：C解析：拐角处矢量减速导致能量累积，功率坡降（PowerRamping）在减速区间同步降低占空比，可消除过烧。4.下列哪种传感器可直接用于激光切割头“焦点漂移”在线补偿A.电容式高度传感器B.红外测温仪C.光电编码器D.激光三角位移传感器答案：A解析：电容传感器实时检测喷嘴与板材间距，通过闭环Z轴驱动补偿热透镜效应导致的焦点漂移，精度±0.05mm。5.在激光切割铝合板时，采用“爆破穿孔”对比“渐进穿孔”优势在于A.热影响区更小B.穿孔时间缩短60%以上C.喷嘴寿命延长D.更适合带膜铝材答案：B解析：爆破穿孔在毫秒级内以高峰值功率击穿材料，避免长时间熔化，穿孔时间由200ms降至20ms，但飞溅大，需牺牲喷嘴寿命。6.激光切割机使用“飞行光路”结构时，最易导致的几何误差是A.光束模式畸变B.焦点位置随波导长度变化C.圆角变成椭圆D.切缝锥度不对称答案：B解析：飞行光路中，光束传输路径长度随加工位置变化，若未采用动态准直，光束发散角改变，焦点位置沿Z轴漂移，导致切缝质量不一致。7.采用氧气切割碳钢时，切口下缘出现“流线型纹理”，说明A.进给速度过快，氧气未能完全参与放热反应B.激光功率过高，形成等离子体屏蔽C.焦点过低，熔渣二次吸收能量D.喷嘴磨损，气体流场紊乱答案：A解析：流线纹是氧铁燃烧反应不充分，熔融金属未被完全吹除，在底部重新凝固形成；提高速度可降低单位长度能量输入，使反应更充分。8.激光切割6mm黄铜，首选激光器类型为A.500W单模光纤激光B.2kW多模光纤激光C.4kW轴快流CO₂激光D.6kW碟片激光答案：D解析：黄铜对1μm波段反射率>90%，需极高功率克服反射损耗；碟片激光器光束质量佳（BPP<4mm·mrad），可聚焦至小光斑，能量密度高，适合高反材料。9.在激光切割编程中，引入“微连接”的主要目的是A.降低热输入B.防止工件翘起碰撞喷嘴C.提高转角精度D.减少气体消耗答案：B解析：微连接使轮廓在切断前保留0.1mm未切透段，工件与板材保持连接，避免小件倾斜，防止高速运行时碰撞切割头。10.激光切割机伺服电机采用“龙门同步”控制，若两侧位置偏差>0.5mm，系统应优先A.降低加速度B.触发“伺服报警”停机C.启动“主从交叉耦合”算法实时纠偏D.切换为开环控制答案：C解析：交叉耦合算法将两侧位置差作为补偿量，实时修正转矩输出，保证龙门同步，避免机械卡死或导轨磨损。二、多项选择题（每题3分，共15分，多选少选均不得分）11.下列哪些措施可有效抑制激光切割高反材料时的“回返光”危害A.倾斜工作台5°～10°B.使用抗高反镀膜切割头镜片C.增加占空比提高平均功率D.在光路中加装光隔离器E.选用N₂切割替代空气答案：A、B、D解析：倾斜工件使反射光偏离原光路；抗高反膜层对1μm反射率<0.1%；光隔离器利用偏振片+法拉第旋光器阻断回返光，保护激光器。12.关于激光切割“极耳”轮廓（0.2mm厚铜箔）工艺难点，正确描述有A.需使用绿光或紫外激光减少热影响B.采用正焦切割可获得最小切缝C.需负压吸附平台防止箔材飘动D.脉冲能量需<0.5mJ避免熔珠E.辅助气体宜选高压氮气吹除熔渣答案：A、C、D解析：铜箔对1μm激光反射率高，绿光吸收率提升5倍；箔材轻，需真空吸附；脉冲能量过高形成熔珠，堵塞极耳。13.激光切割8mm碳钢时，切口出现“锯齿纹”可能原因包括A.伺服电机增益过大导致振荡B.喷嘴出口磨损0.3mmC.光束模式变为TEM₀₁D.氧气纯度降至95%E.机床地基共振频率50Hz答案：A、B、C、E解析：伺服振荡、喷嘴磨损、模式劣化均使能量分布不均，形成锯齿；地基共振放大机械抖动；氧气纯度下降主要影响挂渣，对锯齿影响小。14.激光切割头“陶瓷环”破裂的常见诱因有A.回返光聚焦烧蚀B.喷嘴碰撞工件C.冷却水流量不足D.陶瓷环自身热膨胀系数失配E.电容传感器电缆屏蔽失效答案：A、B、C解析：陶瓷环位于喷嘴上方，回返光或碰撞产生局部高温，冷却不足导致热震破裂；电缆屏蔽失效仅影响信号，不会直接破裂。15.采用“空气切割”1mm不锈钢时，优势包括A.切口边缘生成Cr₂O₃薄膜，提高耐蚀性B.切割速度比N₂提高15%C.气体成本降低80%D.可避免黄色氮化层E.切缝宽度缩小10%答案：B、C、D解析：空气中21%氧气参与放热，速度提升；无需购买高纯氮，成本大幅下降；无氮化层，边缘银白；但会生成氧化膜，耐蚀性下降。三、判断题（每题1分，共10分，正确打“√”，错误打“×”）16.激光切割木材时，CO₂激光比光纤激光更高效，因为木材对10.6μm吸收率>90%。答案：√解析：木材含水分和木质素，对10.6μm强吸收，1μm波段吸收率仅30%，CO₂激光更优。17.在激光切割铝板上粘贴塑料膜，可防止熔渣飞溅至表面，但会降低最大切割速度。答案：√解析：塑料膜吸收能量，额外热损需提高功率或降低速度，但有效保护表面无划伤。18.激光切割机的“蛙跳”功能是指Z轴在空行程时抬起，减少进给时间。答案：√解析：蛙跳使切割头跨越已切轮廓时快速抬升，避免减速，提升效率。19.采用脉冲激光切割陶瓷，热裂纹倾向与占空比成正比，与频率无关。答案：×解析：频率升高，单脉冲能量降低，裂纹减少；占空比升高，平均功率增大，裂纹倾向增加；频率同样关键。20.激光切割过程中，等离子体云对CO₂激光的吸收系数高于光纤激光。答案：√解析：等离子体对10.6μm吸收截面大，易形成屏蔽；1μm波段吸收小，光纤激光可穿透等离子体，切割更稳定。21.在激光切割铜板时，使用线偏振光比圆偏振光更容易获得垂直切缝。答案：×解析：铜对s偏振与p偏振吸收差异大，圆偏振可平均吸收率，减少切缝斜度。22.激光切割机的“自动寻边”功能依赖电容传感器扫描板材边缘。答案：√解析：电容传感器检测金属边缘信号突变，结合X/Y编码器，实现坐标系校准。23.激光切割PET薄膜时，边缘发黄说明热影响区过大，应降低频率而非降低功率。答案：√解析：PET熔点250℃，降低频率减少累积热，可保持功率确保切断，边缘无色变。24.激光切割过程中，喷嘴与板材间距越大，气体流场越易形成激波，切割面越光滑。答案：×解析：间距过大，气体密度下降，无法有效吹渣，面粗糙；通常保持0.5～1.2mm。25.采用“双焦点”切割头可同时切割两层不同厚度板材，但需两束激光波长不同。答案：×解析：双焦点通过衍射元件在Z轴形成两个焦点，单波长即可，无需不同波长。四、填空题（每空2分，共20分）26.激光切割不锈钢时，若使用氮气作辅助气体，当气体纯度由99.9%降至99.5%，切口边缘耐蚀性下降的主要原因是________与金属中的________反应生成________。答案：氧气、铬、Cr₂O₃解析：微量氧与Cr反应形成疏松氧化铬，破坏钝化膜。27.激光切割6mm铝板的推荐焦点位置为板内________mm，若焦点过于靠上，切口下缘将产生________。答案：1、挂渣解析：负离焦增大光斑直径，提高底部能量，减少挂渣；过于靠上能量不足，熔渣无法排出。28.在激光切割编程中，引入“引入线”长度为板厚的________倍，角度________°可减少穿孔飞溅。答案：1.5、30解析：经验值1.5倍厚度，30°斜引入，使熔渣向废料侧排出。29.激光切割头镜片镀“________膜”可承受>5kW功率，其吸收率应<________ppm。答案：增透、100解析：高功率需吸收率极低，防止热透镜效应；增透膜反射率<0.1%。30.激光切割机的“________”误差补偿模型可修正X/Y垂直度，常用________仪进行标定。答案：几何、激光干涉解析：激光干涉仪测量定位精度，生成误差补偿表。五、简答题（每题8分，共24分）31.简述激光切割高反材料时“回返光”对激光器的危害机理，并给出三种工程防护措施。答案：回返光沿原光路返回激光器谐振腔，导致泵浦源工作点漂移、增益介质热透镜、输出功率波动，长期可烧毁QBH光纤端面。防护措施：1.在光路中加装光隔离器，利用法拉第旋光器使反射光偏振态旋转90°，被偏振片吸收；2.倾斜工作台5°～10°，破坏反射光原路返回条件；3.使用抗高反镀膜镜片，镀层对1μm反射率<0.05%，并加设回返光监测传感器，超标立即降功率。32.激光切割8mm碳钢时，出现“底部熔瘤”，请分析其形成原因并给出参数优化流程。答案：熔瘤因底部能量不足，熔融金属无法被氧气吹除，重新凝固形成。流程：Step1检查焦点，确认焦点位于板内2mm；Step2降低进给速度10%，提高底部能量；Step3将氧气压力由0.8MPa升至1.2MPa，增强排渣动能；Step4若仍残留，提高激光功率5%，并微调喷嘴间距至0.8mm；Step5记录参数，进行DOE实验，以熔瘤高度<0.1mm为判据，确定最优窗口。33.激光切割陶瓷基板时，为何采用紫外激光而非光纤激光？请给出工艺参数示例。答案：陶瓷（Al₂O₃）带隙宽，对1μm激光吸收弱，需极高功率，热积累导致裂纹；紫外355nm光子能量3.5eV，可直接打断化学键，实现“冷加工”。参数：激光器Nd:YVO₄355nm，功率15W，脉宽15ns，频率80kHz，聚焦光斑10μm，进给速度200mm/s，切缝宽度30μm，热影响区<5μm，无微裂纹。六、计算题（共11分）34.某光纤激光切割机配置2kW单模激光，聚焦镜焦距f=125mm，光束质量M²=1.1，波长λ=1.07μm。求：（1）理论最小聚焦光斑直径d；（2）若切割2mm不锈钢，要求切缝宽度0.2mm，需将焦点光斑放大多少倍？（3）若保持功率密度不变，放大后所需激光功率。答案：（1）d=4λfM²/(πD)，假设入射光斑D=20mm，则d=4×1.07×10⁻³×125×1.1/(3.14×20)=0.0093mm=9.3μm。（2）切缝0.2mm，光斑需放大0.2/0.0093≈21.5倍。（3）功率密度I=P/(πr²)，保持I不变，P∝r²，故功率需提高至2kW×21.5²≈924.5kW，实际不可行，因此需改用多模激光或摆动切割，而非单纯放大光斑。解析：单模光斑极小，直接切割无法满足0.2mm缝宽，工程上采用振镜摆动或切换多模激光，降低功率需求。七、综合应用题（共20分）35.某工厂需切割1.5mm厚304不锈钢装饰板，轮廓含大量Φ5mm小圆，要求切缝宽度<0.15mm，无微毛刺，背面无挂渣，日产能>8000件（8h）。现有设备：A.1kW单模光纤激光+氮气；B.2kW多模光纤激光+空气；C.3kWCO₂激光+氮气。请选择最优方案并给出完整工艺参数、夹具设计要点、质量检测方法。答案：方案选择：A方案，1kW单模光纤激光，氮气切割。理由：单模光斑小（<20μm），切缝窄；氮气无氧化，边缘银白；1.5mm不锈钢1kW功率富裕，速度高，满足产能。工艺参数：功率800W，频率50kHz，占空90%，焦点板内1mm，进给速度25m/min，氮气纯度99.9%，压力1.0MPa，喷嘴Φ1.5mm，间距0.8mm，引入线0.5mm30°斜引入，微连接0.1mm。夹具设计：1.采用负压吸附平台，分区独立控制，Φ5mm小件设Φ3mm吸附孔，防止移位；2.平台表面贴0.5mm