《激光加工机床 微结构检测方法 第3部分：微切割》-征求意见稿

ICS25.080.99

CCSJ50

CAMS

团体标准

T/CAMSXXXX—XXXX

激光加工机床微结构检测方法

第3部分：微切割

点击此处添加标准名称的英文译名

（征求意见稿）

在提交反馈意见时，请将您知道的相关专利连同支持性文件一并附上。

XXXX-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施

中国机械工业标准化技术协会  发布

T/CAMSXXXX—XXXX

前言

本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定

起草。

《激光加工机床微结构检测方法》分为四部分：

——第1部分：微孔；

——第2部分：微槽；

——第3部分：微切割；

——第4部分：微抛光。

本文件为激光加工机床微结构检测方法的第3部分。

本文件由中国机械工业标准化技术协会提出。

本文件由中国机械工业标准化技术协会机床专业委员会归口。

本文件起草单位：西安交通大学等

本文件主要起草人：梅雪松等

本文件为首次发布。

II

T/CAMSXXXX—XXXX

激光加工机床微结构检测方法

第3部分：微切割

1范围

本文件规定了激光加工机床微结构中微切割的基本检测与评价方法等，包括切缝尺寸、锥度、断面

形貌特征和冶金形态的测量仪器及量具、样品制备、检测方法、测试和分析、检测报告等。

本文件也可以用于其他设备微切割的检测。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

GB5226.1-2002机械安全机械电气设备第1部分：通用技术条件

GB18217-2000激光安全标志

GB/T34380-2017数控激光切割机

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

激光切割Lasercutting

利用高功率密度激光束照射被切割材料，使材料快速被加热至汽化温度，蒸发形成孔洞，随着光束

相对材料的移动，孔洞连续形成宽度很窄的缝隙，完成对材料的切割。

切缝Slit

材料被激光作用后去除而形成的宽度很窄的缝隙，称为切缝。

微切割Microcutting

在材料上表面的两断面间的距离即切缝上表面宽度最大处≤100µm。

微切缝的宽度Slitwidth

激光切割材料后，两个断面边缘在材料表面上的距离，包括上表面的微切缝的入口宽度和下表面的

微切缝的出口宽度。

微切缝的宽度精度Accuracyofslitwidth

相同激光加工参数在相同材料样片切割加工后的微切缝轮廓宽度的尺寸精度，包括微切缝的入口宽

度精度和微切缝的出口宽度精度。

微切缝的深度Slitdepth

微切缝断面上表面到下表面的垂直距离，普遍应等于材料的厚度。

微切缝的深宽比Slitdepth-widthratio

微切缝的深度与微切缝的入口宽度的比值。

1

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微切缝的侧壁倾角（锥度）Slitsidewallangle(taperangle)

微切缝横截面内，倾斜侧壁在切缝深度方向与切缝深度方向垂线间的夹角。

注：侧壁角用度（°）表示。

微切缝切口表面喷溅物Slitfacespatter

微切缝的入/出口所在面上的由于激光加工导致的重熔和氧化物，包括微切缝入口表面喷溅物和微

切缝出口表面喷溅物。

微切缝切口表面喷溅物尺寸Sizeofslitfacespatter

包括微切缝入口表面喷溅物和微切缝出口表面喷溅物的高度和宽度。

3.10.1

微切缝入口表面喷溅物宽度Slitinletfacespatterwidth

微切缝的入口所在面上的距离微切缝入口轮廓最远的重熔物外边截面距离微切缝入口轮廓的最长

距离为微切缝入口喷溅物宽度。

3.10.2

微切缝入口表面喷溅物高度Slitinletfacespatterheight

微切缝的入口所在面上重熔物中最高的高度为微切缝入口喷溅物高度。

3.10.3

微切缝出口表面喷溅物宽度Slitoutletfacespatterwidth

微切缝的出口所在面上的距离微切缝出口轮廓最远的重熔物外边截面距离微切缝出口轮廓的最长

距离为微切缝出口喷溅物宽度。

3.10.4

微切缝出口表面喷溅物高度Slitoutletfacespatterheight

微切缝的出口所在面上重熔物中最高的高度为微切缝出口喷溅物高度。

微切缝切口表面微裂纹Slitfacecrack

微切缝的入/出口所在面上的裂纹，普遍有裂纹的起始位置在微切缝的入/出口轮廓上，包括微切缝

入口表面微裂纹和微切缝出口表面微裂纹。

微切缝切口表面热影响区Slitfaceheataffectedzone

主要在激光热效应作用下，微切缝入/出口外围固态的材料发生明显的组织和性能变化的区域，包

括微切缝入口表面热影响区和微切缝出口表面热影响区。

微切缝侧壁粗糙度Slitsidewallsurfaceroughness

微切缝侧壁表面形貌的粗糙度。

微切缝侧壁重铸层Slitsidewallsurfacerecastlayer

微切缝侧壁表面上，在激光热作用下，熔化的材料冷却重新固化在微切缝侧壁的一层物质。

微切缝侧壁重铸层厚度Thicknessofslitsidewallsurfacerecastlayer

微切缝横截面内，包络重铸层两平行线间的距离。

注：重铸层厚度用微米（μm）表示。

微切缝侧壁氧化层Slitsidewallsurfaceoxidelayer

微切缝侧壁表面上，在激光作用下，材料与加工环境中的氧气发生化学反应在微切缝侧壁形成的一

层氧化物质。

2

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微切缝侧壁氧化层厚度Thicknessofslitsidewallsurfaceoxidelayer

微切缝横截面内，包络氧化层两平行线间距离。

注：氧化层厚度用微米（μm）表示。

微切缝侧壁微裂纹Slitsidewallsurfacecrack

微切缝侧壁表面，在激光作用下，出现的长条形微细凹槽。

微切缝侧壁热影响区Slitsidewallheataffectedzone

在激光作用下，在微切缝侧壁外围固态的材料发生明显的组织和性能变化的区域。

4符号和缩略语

下列符号和缩略语适用于本文件，见表1。

表1符号与缩略语

缩写和符号说明单位

D微切缝的入口宽度μm

d微切缝的出口宽度μm

ΔD微切缝的入口宽度精度μm

Δd微切缝的出口宽度精度μm

H微切缝的深度μm

ΔH0微切缝的深宽比/

α微切缝的侧壁倾角（锥度）°

W微切缝入口表面喷溅物宽度μm

HP微切缝入口表面喷溅物高度μm

w微切缝出口表面喷溅物宽度μm

hp微切缝出口表面喷溅物高度μm

Wtea微切缝入口表面热影响区宽度μm

wtea微切缝出口表面热影响区宽度μm

（Ru，Rm，Rd）

微切缝侧壁粗糙度μm/nm

或（Rmax，Rmin）

RLT（min，max）微切缝侧壁重铸层厚度μm

OLT（min，max）微切缝侧壁氧化层厚度μm/nm

WPtea微切缝侧壁热影响区宽度μm

5测量仪器及量具

测量仪器及量具的精度应满足产品尺寸测量精度的要求。

3

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测量仪器及量具的各项性能应处于完好状态，具有有效的检定合格证书（或合格标识）。

各检测项目所使用的测量仪器、量具应符合表2的规定。

表2各检测项目所使用的测量仪器、量具

检测项目测量仪器及量具

微切缝的入口宽度

微切缝的出口宽度

微切缝的入口宽度精度

微切缝的出口宽度精度

微切缝的深度

微切缝的侧壁倾角（锥度）

微切缝切口喷溅物宽度扫描电子显微镜、激光共聚焦显微镜、微米X

微切缝切口喷溅物高度射线三维成像系统、电子/金相显微镜等

微切缝切口微裂纹

微切缝切口表面热影响区宽度

微切缝侧壁微裂纹

微切缝侧壁重铸层厚度

微切缝侧壁氧化层厚度

微切缝侧壁热影响区宽度

微切缝侧壁粗糙度激光共聚焦显微镜、粗糙度测量仪等

6样品制备

测试微切缝样品的制备和选取

为了实现激光加工微切缝的检测，微切缝的获得方式为相同加工参数下在一块或多块相同材料样片

上加工≥10个微切缝，随机选择一个微切缝作为测试微切缝。

测试仪器对制样的要求

对于要求的检测项目需要制样，样件上下表面保持水平，并按照表2所采用的测量仪器进行制取，

测试仪器对制样的要求见表3。

表3测试仪器对制样的要求

所采用的测量仪器制样要求

试样高度小于10mm、水平面内尺寸不超过50mm直径的样品座；

试样在高真空中能保持稳定；

含有水分或其他易挥发的试样应烘干除去；

扫描电子显微镜

磁性试样要预先去磁；

表面受到污染的试样，要在不破坏试样表面结构的前提下清洗，然后烘干处理；

对于非导电性试样，要先进行镀膜处理。

4

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表3测试仪器对制样的要求（续）

所采用的测量仪器制样要求

被观测的微结构表面的密切面与水平面夹角应小于85°，避免观测结果图像发散；

被观测的样品形面的深度应小于所选物镜焦距，避免物镜碰撞样品；

激光共聚焦显微镜

被观测样品为非透明样品；

表面受到污染的试样，要在不破坏试样表面结构的前提下清洗，然后烘干处理；

微米X射线三维成像系统对固体样品的尺寸，硬度，磁性和导电性并无特殊要求，但其

成像原理与扫描电镜不同，每次测样只能拍照一次，随后进行数据提取分析。测试前，

需要送样人根据所用的微米X射线三维成像系统的测试能力，样品微切缝的尺寸，以及

微米X射线三维成像系统所需测试的精密度，综合选取扫描精度和扫描区域。

一般选择测试区域覆盖不超过20个微切缝，避免所选的区域过大降低成像精度。

如果对整件样件的X射线三维成像不足以获取微切缝的形貌，则需要送样人预先划定区

域，例如，指定样件某一侧的3根微切缝，进行样件局部的高精度X射线三维成像。

7检测方法

检测环境条件

一般尺寸测量在室温下进行，有检测环境要求的检测项目，应按照以下相应要求进行：

a)检测温度25℃±5℃；

b)检测室的大气压101.5kPa±10kPa；

c)检测室环境湿度40%±20%；

d)检测室内噪声低于60dB。

注：如测试现场有明显震动，影响测量结果，需要选用带有隔振台的仪器。

微切缝的宽度的扫描电子显微镜测量法

a）试样水平放置于样品台，使样件处于视场中央；

b）调整电子束焦平面，测得其俯视图，并保证图像清晰；

c）放大电子显微镜放大倍数，使得图中标尺不大于微切缝宽度尺寸，并保证图像清晰；

d）测得样品表面微切缝俯视图；

e）垂直微切缝长度方向上，提取两根微切缝断面的微切缝宽度，并记录；

f）读取10个样本值，然后取平均值，作为微切缝宽度尺寸。

微切缝的宽度的激光共聚焦显微镜测量法

a）试样水平放置于样品台，使样件处于视场中央；

b）选择5x放大倍率，手动调整激光共聚焦显微镜的物镜焦平面，测得其俯视图，并保证图像清晰；

c）选择20x放大倍率，使得图中标尺不大于切缝宽度尺寸，并保证图像清晰，标出激光能够成像的

最高焦平面位置和最低焦平面位置；

d）测得样品表面微切缝三维俯视图；

e）垂直微切缝长度方向上，提取两根微切缝断面的微切缝宽度，并记录；

f）读取10个样本值，然后取平均值，作为微切缝宽度尺寸。

侧壁倾角的微米X射线三维成像系统测量法

a）试样水平放置于样品台，使样件的被测区域的切缝处于视场中央；

b）开机设置扫描区域及分辨率参数，运行三维X射线扫描，导出数据云图到电脑，准备进行分析；

c）打开点云图的数据分析软件，导入样件扫描后的点云数据；

d）调整样件点云的姿态，使样件水平放置，各棱分别平行于x，y，z坐标轴；

e）保存样件切缝不同位置处的断面图；

f）根据标尺，在图像分析系统中进行长度的标定；

g）提取样品垂直平面方向与切缝横截面中侧壁所呈角度，并记录；

5

T/CAMSXXXX—XXXX

h）读取10个样本值，然后取平均值，作为侧壁倾角。

重铸层厚度的扫描电子显微镜测量法

a）对样品进行垂直于微切缝的打磨和抛光，然后进步金相腐蚀；

b）将侧剖的试样水平放置于样品台，使样件处于视场中央，剖切面朝上；

c）调整电子束焦平面，测得其俯视图，并保证图像清晰；

d）放大电子显微镜放大倍数，使得图中标尺不大于微切缝宽度尺寸，并保证图像清晰；

e）测得样品表面微切缝全剖视图；

f）垂直微切缝长度方向上，每隔一根微切缝，提取两个微切缝横截面的重铸层宽度，并记录；重

铸层的晶体结构通常不同于原来的材料，可以据此判断重铸层厚度。

g)读取10个样本值，然后取平均值，作为重铸层厚度尺寸。

氧化层厚度的扫描电子显微镜测量法

a）将侧剖的试样水平放置于样品台，使样件处于视场中央，剖切面朝上；

b）选用背散射探头，调整电子束焦平面，测得其俯视图，并保证图像清晰；

c）放大电子显微镜放大倍数，使得图中标尺不大于切缝尺寸，并保证图像清晰；

d）测得样品表面微切缝全剖视图；

e）垂直微切缝长度方向上，每隔一根微切缝，提取两个微切缝横截面的氧化层厚度，并记录；氧

化层与未被氧化的区域可以从图像灰度的差别判定，并由E-DAX测试补充验证。

f）读取10个样本值，然后取平均值，作为氧化层厚度的尺寸。

8测试和分析

微切缝的入口/出口宽度、微切缝的深度和微切缝的锥度测量示意图，见图1。

图1微切缝的入口/出口宽度、微切缝的深度和微切缝的锥度测量示意图

微切缝的入口宽度

采用显微设备测量微切缝入口轮廓最大内切圆直径（Dmax）和最小内切圆直径（Dmin），计算微切缝

入口最大内切圆直径和最小内切圆直径的平均值，获得微切缝的入口宽度。

D=（Dmax-Dmin）÷2

注：测试设备的视场应能覆盖单个微切缝的最大内切圆。

微切缝的出口宽度

采用显微设备测量微切缝出口的最大内切圆直径（dmax）和最小内切圆直径（dmin），计算最大内切

圆直径和最小内切圆直径的平均值，获得微切缝的出口宽度。

6

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d=（dmax-dmin）÷2

微切缝的入口宽度精度

要求加工微切缝切口的入宽度记为D0，单根微切缝切口的入口宽度精度ΔD=D-D0，D为基于8.1测

量和计算的微切缝的入口宽度。

为了获得微切缝的入口宽度精度，相同加工参数下在相同材料表面至少加工不少于10条微切缝，即

≥10条微切缝。

进行加工后微切缝入口宽度的测量，获得不少于10条微切缝的入口宽度D，根据ΔD=D-D0，获得不

少于10个ΔD的数值。

微切缝的入口宽度精度ΔD=ΔDmin～ΔDmax。

微切缝的出口宽度精度

要求加工微切缝的入宽度记为d0，单根微切缝出口宽度精度Δd=d-d0，d为基于8.2测量和计算的微切

缝出口宽度。

为了获得微切缝的出口宽度精度，相同加工参数下在相同材料表面至少加工不少于10条微切缝，即

≥10条微切缝。

进行加工后微切缝出口宽度的测量，获得不少于10条微切缝出口宽度d，根据Δd=d-d0，获得不少于

10个Δd的数值。

微切缝出口宽度精度Δd=Δdmin～Δdmax。

微切缝的深度

对于厚度一致性较好的样品，可直接以材料厚度作为微切缝的深度。

对于厚度一致性不理想的样品，采用测量工具测量微切缝上下表面间的垂直距离，在一条微切缝上，

每隔50~150μm，取一处位置，测量微切缝上下表面间的垂直距离，对于长度超过5000μm的微切缝，需

均匀地选取不少于5个点采集，对于长度小于150μm的微切缝，需均匀地选取不少于3个点采集。

计算测量后微切缝深度的平均值，记为微切缝深度。

微切缝的深宽比

微切缝的深度与微切缝的入口宽度的比值，ΔH0=H/D。

微切缝的锥度

微切缝的锥度α，微切缝的入口宽度与微切缝的出口宽度之差的一半与微切缝的深度比值的arctg值，

由下式计算获得：

−

式中：α=arctan2

D——微切缝的入口宽度；

d——微切缝的出口宽度：

H——微切缝的深度。

微切缝切口表面喷溅物尺寸

8.8.1微切缝入口表面喷溅物宽度和高度

采用显微设备测量微切缝入口表面距离微切缝入口最远的喷溅物外边线与微切缝入口轮廓线间的

距离，记为微切缝入口喷溅物宽度。

采用显微设备测量微切缝的入口所在面上重熔物中最高的高度，记为微切缝入口喷溅物高度。

8.8.2微切缝出口表面喷溅物宽度和高度

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采用显微设备测量微切缝出口表面距离微切缝出口最远的喷溅物外边线与微切缝出口宽度间的距

离，记为微切缝出口喷溅物宽度。

采用显微设备测量微切缝的出口所在面上重熔物中最高的高度，记为微切缝出口喷溅物高度。

微切缝切口表面微裂纹

采用显微设备测量微切缝入/出口表面形貌观测微切缝入/出口表面的裂纹，测试设备的视场下应能

清晰的看清裂纹，最好应能覆盖整条裂纹的宽度和长度

微切缝切口表面热影响区宽度

8.10.1微切缝入口表面热影响区宽度

采用显微设备测量主要在激光热效应作用下，微切缝入口轮廓所在的表面外围固态的材料发生明显

的组织和性能变化的区域的宽度，记为微切缝入口表面热影响区宽度Wtea。

8.10.2微切缝出口表面热影响区宽度

采用显微设备测量主要在激光热效应作用下，微切缝出口轮廓所在的表面外围固态的材料发生明显

的组织和性能变化的区域的宽度，记为微切缝出口表面热影响区宽度wtea。

微切缝侧壁粗糙度

采用粗糙度测量设备测量微切缝侧壁的粗糙度。

普遍应至少测量微切缝上半部、微切缝中部、微切缝下半部三个位置处的微切缝侧壁粗糙度，微切

缝侧壁粗糙度记为（Ru，Rm，Rd）。

如果能通过侧壁形貌图观测到明显的粗糙度差异区域，应测量形貌最大粗糙度和最小粗糙度，微切

缝侧壁粗糙度记为（Rmax，Rmin）。

微切缝侧壁重铸层厚度

通过显微/金相等设备测量微切缝侧壁表面上的由于激光加工导致的重熔物厚度，取侧壁重铸层厚

度最小值和最大值，记为RLT（min，max）。

微切缝侧壁氧化层厚度

通过显微/金相等设备测量微切缝侧壁表面上的由于激光加工及加工环境元素导致的氧化物厚度，

取侧壁氧化厚度最小值和最大值，记为OLT（min，max）。

微切缝侧壁微裂纹

通过显微等设备测量微切缝侧壁表面的裂纹，测试设备的视场下应能清晰的看清裂纹，最好应能覆

盖整条裂纹的宽度和长度。

微切缝侧壁热影响区宽度

通过显微/金相等设备测量微切缝侧壁外围固态的材料发生明显的组织和性能变化的区域的宽度，

记为WPtea。

9检测报告

如需出具检测报告时，应包括下列内容：

a）试样说明（材料牌号，规格，状态，批号）；

b）试样数量；

c）测试量具、仪器的范围及其最小示值；

d）测定环境及结果；

e）测试单位、测试日期、人员；

8

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f）本文件编号；

g）其他。

9

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目次

前言.......................................................................................................................................................................II

1范围...................................................................................................................................................................1

2规范性引用文件...............................................................................................................................................1

3术语和定义.......................................................................................................................................................1

4符号和缩略语...................................................................................................................................................3

5测量仪器及量具...............................................................................................................................................3

6样品制备...........................................................................................................................................................4

测试微切缝样品的制备和选取...............................................................................................................4

测试仪器对制样的要求...........................................................................................................................4

7检测方法...........................................................................................................................................................5

检测环境条件...........................................................................................................................................5

微切缝的宽度的扫描电子显微镜测量法..............................................................................................5

微切缝的宽度的激光共聚焦显微镜测量法..........................................................................................5

侧壁倾角的微米X射线三维成像系统测量法......................................................................................5

重铸层厚度的扫描电子显微镜测量法..................................................................................................6

氧化层厚度的扫描电子显微镜测量法..................................................................................................6

8测试和分析.......................................................................................................................................................6

微切缝的入口宽度...................................................................................................................................6

微切缝的出口宽度...................................................................................................................................6

微切缝的入口宽度精度...........................................................................................................................7

微切缝的出口宽度精度...........................................................................................................................7

微切缝的深度...........................................................................................................................................7

微切缝的深宽比.......................................................................................................................................7

微切缝的锥度...........................................................................................................................................7

微切缝切口表面喷溅物尺寸...................................................................................................................7

微切缝切口表面微裂纹...........................................................................................................................8

微切缝切口表面热影响区宽度.............................................................................................................8

微切缝侧壁粗糙度.................................................................................................................................8

微切缝侧壁重铸层厚度.........................................................................................................................8

微切缝侧壁氧化层厚度.........................................................................................................................8

微切缝侧壁微裂纹.................................................................................................................................8

微切缝侧壁热影响区宽度.....................................................................................................................8

9检测报告...........................................................................................................................................................8

I

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激光加工机床微结构检测方法

第3部分：微切割

1范围

本文件规定了激光加工机床微结构中微切割的基本检测与评价方法等，包括切缝尺寸、锥度、断面

形貌特征和冶金形态的测量仪器及量具、样品制备、检测方法、测试和分析、检测报告等。

本文件也可以用于其他设备微切割的检测。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

GB5226.1-2002机械安全机械电气设备第1部分：通用技术条件

GB18217-2000激光安全标志

GB/T34380-2017数控激光切割机

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

激光切割Lasercutting

利用高功率密度激光束照射被切割材料，使材料快速被加热至汽化温度，蒸发形成孔洞，随着光束

相对材料的移