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图 2 光束能量分布模式 光束的模式越低，聚焦后的光斑尺寸越小，功率密度和能力密度越大， 切割性能也就越好。在低碳钢的切割场合，采用基模 TEM00 时的切割速度比 采用 TEM01 模式时高出 10％，而其产生的粗糙度 Rz 则要低 10μm。在最佳切 割参数时，切割面的粗糙度 Rz 只有 0.8μm。因此，在金属材料的激光切割 中，为了获得较高的切割速度和较好的切割质量，一般使用 TEM00 模式的激 光。
同时，ƒ减小，透镜与工件的间距也缩小，切割时熔渣会飞溅黏附在透镜表面， 影响切割的正常进行和透镜的实验寿命。透镜焦长小，光束聚焦后功率密度 高，但焦深受到限制。它适用于薄板高速切割，只需保证保持透镜和工件间 距恒定。长焦透镜的聚焦光斑功率密较低，但其焦深大，可用来切割厚断面 材料。焦长短，聚焦光斑小；焦长长，聚焦光斑也大，焦深变化也如此。当 透镜焦长增加，使聚焦光斑尺寸增加 1 倍，即从 Y 到 2Y 时，焦深可随之增加 到 4 倍，即从 X 到 4X。
切割速度对不锈钢板切割质量有很大影响，最佳的切割速度使切割面呈 较平稳线条，光滑且下部无熔渣产生。若切割速度过快，会导致钢板无法切 透，引起火花飞溅，下半部产生熔渣，甚至烧伤透镜，这是因为切割速度过 高，单位面积获得的能量减少，金属未能完全熔化；若切割速度过慢，则容 易造成材料过熔，切缝变宽，热影响区增大，甚至引起工件过烧，这是因为 切割速度过低，能量在切缝处积累，引起切缝变宽，熔化金属不能及时排出， 便在钢板下表面形成沾渣。产生如图 3 所示的切割缺陷。
激光功率的大小直接影响所能切割钢板的厚度，能量越高，可切割材料 厚度就越厚。另外，它又影响着工件尺寸精度、切缝宽度、切割面的粗糙度 和热影响区的宽度等。在激光切割加工中，照射到工件上的激光功率密度 P0 （W/cm2）和能量密度 E0(J/cm2)对激光切割过程起着重要的影响。随着激光 功率密度的提高，粗糙度降低。当功率密度 P0 达到某一值（3×106W/cm2 左右） 后，粗糙度 Rz 值不再减少。
达到切割目的。 激光切割的基本原理是激光与物质的相互作用，它既包含复杂的微观量 子过程，也包含激光作用于各种介质材料所发生的宏观现象。而这些宏观现 象包括材料对激光的吸收、反射、折射，能量转换和传递，材料状态及周围 气体成份，光束作用于材料表面时的组织效应等。 因此，影响激光切割质量的因素十分复杂，除了加工材料本身之外，主 要是光束特性、激光功率、切割速度、喷嘴型式（孔径）和喷嘴高度、焦点 位置、辅助气体种类和压力等。
径在 0.1～0.4 mm 之间。因此控制焦点位置十分重要。考虑到切割质量、切 割速度等因素，原则上厚度6 mm 的金属材料，焦点位置在表面；厚度6 mm 的碳钢，焦点位置在表面之上；在切割不锈钢板时，焦点位置一般取在表面 以下。通常切割厚度为 4 mm 以下材料时，选用 5″聚焦镜。飞行光路切割机 切割近端和远端时光程长短不同，聚焦前的光束尺寸有一定差别。入射光束 的直径越大，焦点光斑的直径越小。为了减少因聚焦前光束尺寸变化带来的 焦点光斑尺寸的变化，可安装光路补偿系统，以保持近端和远端的光程不变。 激光束通过聚焦透镜，如图 8 所示。
切割下的材料熔化，而切割沿附近的材料并未熔化，渣滓即被吹走，形成无 沾渣的切缝，如下图（a）所示；当焦点位置滞后时，切割材料下端单位面积 所吸收的能量减少，切割能量削弱，导致材料不能完全熔化被辅助气体吹走， 以致未完全熔化的材料附着在切割板材下表面，呈前端尖锐且短小的沾渣， 如下图（b）所示；当焦点位置超前时，切割材料下端单位面积所吸收的平均 能量增大，导致所切割下的材料与切割沿附近的材料融化，并呈液体流动状， 这时由于辅助气压及切割速度不变，所熔化的材料呈球状沾附在材料下表面， 如下图（c）所示。故在切割过程中可以通过观察沾渣形态来调节焦点位置， 保证切割质量。
图 7 焦点位置 焦点位置直接影响切口宽度、坡度、切断面粗糙度及沾渣附着情况。焦 点位置不同，被加工物表面的光束直径及焦点深度即不同，进而引起加工沟 的形状变化，影响加工沟内的加工气体及熔融金属的流动。 由于能量密度与 4/πd2（d 为焦点光斑直径）成正比，所以 d 应尽可能 的小，以便产生窄的切缝。同时 d 和透镜的焦深成正比，焦深越小，d 就越 小。但切割有飞溅，透镜离工件太近容易被损坏，因此一般高功率激光切割 工业应用中广泛采用 5″～7.5″（127～190 mm）的焦距，实际焦点光斑直
