激光切割技術(shù)試題帶答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.在CO?激光切割中，決定材料對激光吸收率最關(guān)鍵的因素是A.激光功率密度B.材料表面粗糙度C.激光波長與材料耦合系數(shù)D.輔助氣體壓力答案：C解析：CO?激光波長10.6μm，與金屬的耦合系數(shù)僅3%～7%，而光纖激光1.07μm耦合系數(shù)可達30%以上，波長差異直接決定吸收率，進而影響切割效率。2.不銹鋼薄板采用氮氣作為輔助氣體時，切口邊緣出現(xiàn)“毛刺掛渣”的最可能原因是A.焦點位置過于靠上B.氮氣純度不足含氧量>0.1%C.噴嘴直徑過大D.脈沖頻率過高答案：B解析：氮氣切割依靠激光功率熔化材料，靠氣體動能排出熔融物；若氮氣含氧，熔融金屬被二次氧化，黏度升高，無法被完全吹除，形成掛渣。3.激光切割碳鋼時，出現(xiàn)“燒角”缺陷，優(yōu)先調(diào)整的參數(shù)是A.降低進給速度B.提高輔助氣體壓力C.引入“功率坡降”功能D.增大占空比答案：C解析：拐角處矢量減速導致能量累積，功率坡降（PowerRamping）在減速區(qū)間同步降低占空比，可消除過燒。4.下列哪種傳感器可直接用于激光切割頭“焦點漂移”在線補償A.電容式高度傳感器B.紅外測溫儀C.光電編碼器D.激光三角位移傳感器答案：A解析：電容傳感器實時檢測噴嘴與板材間距，通過閉環(huán)Z軸驅(qū)動補償熱透鏡效應(yīng)導致的焦點漂移，精度±0.05mm。5.在激光切割鋁合板時，采用“爆破穿孔”對比“漸進穿孔”優(yōu)勢在于A.熱影響區(qū)更小B.穿孔時間縮短60%以上C.噴嘴壽命延長D.更適合帶膜鋁材答案：B解析：爆破穿孔在毫秒級內(nèi)以高峰值功率擊穿材料，避免長時間熔化，穿孔時間由200ms降至20ms，但飛濺大，需犧牲噴嘴壽命。6.激光切割機使用“飛行光路”結(jié)構(gòu)時，最易導致的幾何誤差是A.光束模式畸變B.焦點位置隨波導長度變化C.圓角變成橢圓D.切縫錐度不對稱答案：B解析：飛行光路中，光束傳輸路徑長度隨加工位置變化，若未采用動態(tài)準直，光束發(fā)散角改變，焦點位置沿Z軸漂移，導致切縫質(zhì)量不一致。7.采用氧氣切割碳鋼時，切口下緣出現(xiàn)“流線型紋理”，說明A.進給速度過快，氧氣未能完全參與放熱反應(yīng)B.激光功率過高，形成等離子體屏蔽C.焦點過低，熔渣二次吸收能量D.噴嘴磨損，氣體流場紊亂答案：A解析：流線紋是氧鐵燃燒反應(yīng)不充分，熔融金屬未被完全吹除，在底部重新凝固形成；提高速度可降低單位長度能量輸入，使反應(yīng)更充分。8.激光切割6mm黃銅，首選激光器類型為A.500W單模光纖激光B.2kW多模光纖激光C.4kW軸快流CO?激光D.6kW碟片激光答案：D解析：黃銅對1μm波段反射率>90%，需極高功率克服反射損耗；碟片激光器光束質(zhì)量佳（BPP<4mm·mrad），可聚焦至小光斑，能量密度高，適合高反材料。9.在激光切割編程中，引入“微連接”的主要目的是A.降低熱輸入B.防止工件翹起碰撞噴嘴C.提高轉(zhuǎn)角精度D.減少氣體消耗答案：B解析：微連接使輪廓在切斷前保留0.1mm未切透段，工件與板材保持連接，避免小件傾斜，防止高速運行時碰撞切割頭。10.激光切割機伺服電機采用“龍門同步”控制，若兩側(cè)位置偏差>0.5mm，系統(tǒng)應(yīng)優(yōu)先A.降低加速度B.觸發(fā)“伺服報警”停機C.啟動“主從交叉耦合”算法實時糾偏D.切換為開環(huán)控制答案：C解析：交叉耦合算法將兩側(cè)位置差作為補償量，實時修正轉(zhuǎn)矩輸出，保證龍門同步，避免機械卡死或?qū)к壞p。二、多項選擇題（每題3分，共15分，多選少選均不得分）11.下列哪些措施可有效抑制激光切割高反材料時的“回返光”危害A.傾斜工作臺5°～10°B.使用抗高反鍍膜切割頭鏡片C.增加占空比提高平均功率D.在光路中加裝光隔離器E.選用N?切割替代空氣答案：A、B、D解析：傾斜工件使反射光偏離原光路；抗高反膜層對1μm反射率<0.1%；光隔離器利用偏振片+法拉第旋光器阻斷回返光，保護激光器。12.關(guān)于激光切割“極耳”輪廓（0.2mm厚銅箔）工藝難點，正確描述有A.需使用綠光或紫外激光減少熱影響B(tài).采用正焦切割可獲得最小切縫C.需負壓吸附平臺防止箔材飄動D.脈沖能量需<0.5mJ避免熔珠E.輔助氣體宜選高壓氮氣吹除熔渣答案：A、C、D解析：銅箔對1μm激光反射率高，綠光吸收率提升5倍；箔材輕，需真空吸附；脈沖能量過高形成熔珠，堵塞極耳。13.激光切割8mm碳鋼時，切口出現(xiàn)“鋸齒紋”可能原因包括A.伺服電機增益過大導致振蕩B.噴嘴出口磨損0.3mmC.光束模式變?yōu)門EM??D.氧氣純度降至95%E.機床地基共振頻率50Hz答案：A、B、C、E解析：伺服振蕩、噴嘴磨損、模式劣化均使能量分布不均，形成鋸齒；地基共振放大機械抖動；氧氣純度下降主要影響掛渣，對鋸齒影響小。14.激光切割頭“陶瓷環(huán)”破裂的常見誘因有A.回返光聚焦燒蝕B.噴嘴碰撞工件C.冷卻水流量不足D.陶瓷環(huán)自身熱膨脹系數(shù)失配E.電容傳感器電纜屏蔽失效答案：A、B、C解析：陶瓷環(huán)位于噴嘴上方，回返光或碰撞產(chǎn)生局部高溫，冷卻不足導致熱震破裂；電纜屏蔽失效僅影響信號，不會直接破裂。15.采用“空氣切割”1mm不銹鋼時，優(yōu)勢包括A.切口邊緣生成Cr?O?薄膜，提高耐蝕性B.切割速度比N?提高15%C.氣體成本降低80%D.可避免黃色氮化層E.切縫寬度縮小10%答案：B、C、D解析：空氣中21%氧氣參與放熱，速度提升；無需購買高純氮，成本大幅下降；無氮化層，邊緣銀白；但會生成氧化膜，耐蝕性下降。三、判斷題（每題1分，共10分，正確打“√”，錯誤打“×”）16.激光切割木材時，CO?激光比光纖激光更高效，因為木材對10.6μm吸收率>90%。答案：√解析：木材含水分和木質(zhì)素，對10.6μm強吸收，1μm波段吸收率僅30%，CO?激光更優(yōu)。17.在激光切割鋁板上粘貼塑料膜，可防止熔渣飛濺至表面，但會降低最大切割速度。答案：√解析：塑料膜吸收能量，額外熱損需提高功率或降低速度，但有效保護表面無劃傷。18.激光切割機的“蛙跳”功能是指Z軸在空行程時抬起，減少進給時間。答案：√解析：蛙跳使切割頭跨越已切輪廓時快速抬升，避免減速，提升效率。19.采用脈沖激光切割陶瓷，熱裂紋傾向與占空比成正比，與頻率無關(guān)。答案：×解析：頻率升高，單脈沖能量降低，裂紋減少；占空比升高，平均功率增大，裂紋傾向增加；頻率同樣關(guān)鍵。20.激光切割過程中，等離子體云對CO?激光的吸收系數(shù)高于光纖激光。答案：√解析：等離子體對10.6μm吸收截面大，易形成屏蔽；1μm波段吸收小，光纖激光可穿透等離子體，切割更穩(wěn)定。21.在激光切割銅板時，使用線偏振光比圓偏振光更容易獲得垂直切縫。答案：×解析：銅對s偏振與p偏振吸收差異大，圓偏振可平均吸收率，減少切縫斜度。22.激光切割機的“自動尋邊”功能依賴電容傳感器掃描板材邊緣。答案：√解析：電容傳感器檢測金屬邊緣信號突變，結(jié)合X/Y編碼器，實現(xiàn)坐標系校準。23.激光切割PET薄膜時，邊緣發(fā)黃說明熱影響區(qū)過大，應(yīng)降低頻率而非降低功率。答案：√解析：PET熔點250℃，降低頻率減少累積熱，可保持功率確保切斷，邊緣無色變。24.激光切割過程中，噴嘴與板材間距越大，氣體流場越易形成激波，切割面越光滑。答案：×解析：間距過大，氣體密度下降，無法有效吹渣，面粗糙；通常保持0.5～1.2mm。25.采用“雙焦點”切割頭可同時切割兩層不同厚度板材，但需兩束激光波長不同。答案：×解析：雙焦點通過衍射元件在Z軸形成兩個焦點，單波長即可，無需不同波長。四、填空題（每空2分，共20分）26.激光切割不銹鋼時，若使用氮氣作輔助氣體，當氣體純度由99.9%降至99.5%，切口邊緣耐蝕性下降的主要原因是________與金屬中的________反應(yīng)生成________。答案：氧氣、鉻、Cr?O?解析：微量氧與Cr反應(yīng)形成疏松氧化鉻，破壞鈍化膜。27.激光切割6mm鋁板的推薦焦點位置為板內(nèi)________mm，若焦點過于靠上，切口下緣將產(chǎn)生________。答案：1、掛渣解析：負離焦增大光斑直徑，提高底部能量，減少掛渣；過于靠上能量不足，熔渣無法排出。28.在激光切割編程中，引入“引入線”長度為板厚的________倍，角度________°可減少穿孔飛濺。答案：1.5、30解析：經(jīng)驗值1.5倍厚度，30°斜引入，使熔渣向廢料側(cè)排出。29.激光切割頭鏡片鍍“________膜”可承受>5kW功率，其吸收率應(yīng)<________ppm。答案：增透、100解析：高功率需吸收率極低，防止熱透鏡效應(yīng)；增透膜反射率<0.1%。30.激光切割機的“________”誤差補償模型可修正X/Y垂直度，常用________儀進行標定。答案：幾何、激光干涉解析：激光干涉儀測量定位精度，生成誤差補償表。五、簡答題（每題8分，共24分）31.簡述激光切割高反材料時“回返光”對激光器的危害機理，并給出三種工程防護措施。答案：回返光沿原光路返回激光器諧振腔，導致泵浦源工作點漂移、增益介質(zhì)熱透鏡、輸出功率波動，長期可燒毀QBH光纖端面。防護措施：1.在光路中加裝光隔離器，利用法拉第旋光器使反射光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)90°，被偏振片吸收；2.傾斜工作臺5°～10°，破壞反射光原路返回條件；3.使用抗高反鍍膜鏡片，鍍層對1μm反射率<0.05%，并加設(shè)回返光監(jiān)測傳感器，超標立即降功率。32.激光切割8mm碳鋼時，出現(xiàn)“底部熔瘤”，請分析其形成原因并給出參數(shù)優(yōu)化流程。答案：熔瘤因底部能量不足，熔融金屬無法被氧氣吹除，重新凝固形成。流程：Step1檢查焦點，確認焦點位于板內(nèi)2mm；Step2降低進給速度10%，提高底部能量；Step3將氧氣壓力由0.8MPa升至1.2MPa，增強排渣動能；Step4若仍殘留，提高激光功率5%，并微調(diào)噴嘴間距至0.8mm；Step5記錄參數(shù)，進行DOE實驗，以熔瘤高度<0.1mm為判據(jù)，確定最優(yōu)窗口。33.激光切割陶瓷基板時，為何采用紫外激光而非光纖激光？請給出工藝參數(shù)示例。答案：陶瓷（Al?O?）帶隙寬，對1μm激光吸收弱，需極高功率，熱積累導致裂紋；紫外355nm光子能量3.5eV，可直接打斷化學鍵，實現(xiàn)“冷加工”。參數(shù)：激光器Nd:YVO?355nm，功率15W，脈寬15ns，頻率80kHz，聚焦光斑10μm，進給速度200mm/s，切縫寬度30μm，熱影響區(qū)<5μm，無微裂紋。六、計算題（共11分）34.某光纖激光切割機配置2kW單模激光，聚焦鏡焦距f=125mm，光束質(zhì)量M2=1.1，波長λ=1.07μm。求：（1）理論最小聚焦光斑直徑d；（2）若切割2mm不銹鋼，要求切縫寬度0.2mm，需將焦點光斑放大多少倍？（3）若保持功率密度不變，放大后所需激光功率。答案：（1）d=4λfM2/(πD)，假設(shè)入射光斑D=20mm，則d=4×1.07×10?3×125×1.1/(3.14×20)=0.0093mm=9.3μm。（2）切縫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不變，P∝r2，故功率需提高至2kW×21.52≈924.5kW，實際不可行，因此需改用多模激光或擺動切割，而非單純放大光斑。解析：單模光斑極小，直接切割無法滿足0.2mm縫寬，工程上采用振鏡擺動或切換多模激光，降低功率需求。七、綜合應(yīng)用題（共20分）35.某工廠需切割1.5mm厚304不銹鋼裝飾板，輪廓含大量Φ5mm小圓，要求切縫寬度<0.15mm，無微毛刺，背面無掛渣，日產(chǎn)能>8000件（8h）。現(xiàn)有設(shè)備：A.1kW單模光纖激光+氮氣；B.2kW多模光纖激光+空氣；C.3kWCO?激光+氮氣。請選擇最優(yōu)方案并給出完整工藝參數(shù)、夾具設(shè)計要點、質(zhì)量檢測方法。答案：方案選擇：A方案，1kW單模光纖激光，氮氣切割。理由：單模光斑?。?lt;20μm），切縫窄；氮氣無氧化，邊緣銀白；1.5mm不銹鋼1kW功率富裕，速度高，滿足產(chǎn)能。工藝參數(shù)：功率800W，頻率50kHz，占空90%，焦點板內(nèi)1mm，進給速度25m/min，氮氣純度99.9%，壓力1.0MPa，噴嘴Φ1.5mm，間距0.8mm，引入線0.5mm30°斜引入，微連接0.1mm。夾具設(shè)計：1.采用負壓吸附平臺，分區(qū)獨立控制，Φ5mm小件設(shè)Φ3mm吸附孔，防止移位；2.平臺表面貼0.5mm