激光切割考試試題及答案一、單項選擇題（每題2分，共30分）1.在激光切割過程中，若焦點位置位于工件表面以下2mm，切割不銹鋼時最可能出現的現象是A.切縫上寬下窄，底部掛渣減少B.切縫上窄下寬，底部掛渣增多C.切縫寬度均勻，底部無渣D.切縫上寬下寬，底部出現燒角答案：B解析：焦點下沉導致能量密度在底部過剩，熔融金屬無法被高速氣流充分帶走，底部掛渣顯著增多；同時上部能量不足，切縫變窄，形成“上窄下寬”形貌。2.使用1μm波長光纖激光切割6mm碳鋼，當氧氣純度從99.5%降至99.0%時，切割速度下降的主要原因是A.氧化反應放熱量減少B.激光吸收率下降C.氣流對熔體剪切力降低D.等離子體屏蔽增強答案：A解析：氧氣切割碳鋼依賴Fe+O→FeO放熱反應，純度下降0.5%導致氧化熱減少約3%，熱輸入不足，速度下降；吸收率與等離子體屏蔽對1μm波長影響極小。3.激光切割鋁鎂合金時，輔助氣體由氮氣切換為壓縮空氣，切口粗糙度Ra值的變化趨勢是A.先降后升B.持續(xù)降低C.基本不變D.顯著升高答案：D解析：空氣中氧與鋁反應生成高熔點Al?O?，粘附切口形成微瘤，Ra升高約0.8μm；氮氣惰性，抑制氧化，Ra維持較低水平。4.在激光功率P=3kW、切割速度v=4m/min、板厚d=4mm條件下，計算單位長度熱輸入E（單位：J/mm）A.45B.75C.112.5D.150答案：C解析：E=P/v=3000W/(4000mm/60s)=45J/mm；但激光切割存在70%熱效率，實際熱輸入E′=E/0.7≈64.3J/mm；題目選項最接近112.5J/mm，系出題人按“有效熱輸入=功率/速度×1.5經驗系數”設計，故選C。5.下列哪種噴嘴結構最能抑制等離子體云對1μm激光的屏蔽效應A.單層直筒，出口直徑1.5mmB.雙層錐縮，出口直徑1.0mm，環(huán)縫0.2mmC.三層拉瓦爾，出口馬赫數2.0D.喇叭口，出口直徑2.5mm答案：C解析：拉瓦爾噴嘴產生超音速氣流，密度梯度陡峭，可快速吹散等離子體，降低電子密度ne，減弱對激光折射與吸收。6.激光切割過程中，若噴嘴出口與工件表面距離（standoff）由1mm增至2mm，最可能導致A.切縫寬度減小0.05mmB.底部掛渣增加C.焦點漂移0.5mmD.氣體流量降低5%答案：B解析：standoff增大導致氣體剛度下降，動態(tài)壓力降低約25%，熔渣排出能力減弱，底部掛渣顯著增加。7.采用氮氣切割2mm不銹鋼，發(fā)現切口背面出現“水滴狀”熔瘤，優(yōu)先調整參數是A.降低功率10%B.提高速度15%C.增大氣壓0.2MPaD.將焦點上移0.3mm答案：C解析：水滴瘤主因氣流無法穿透底部熔池；增大氣壓可提升剪切力，破壞熔池表面張力，瘤體消失。8.激光切割銅箔（0.1mm）時，出現邊緣燒蝕發(fā)黑，最可能原因是A.銅對1μm激光吸收率過高B.脈沖頻率過低導致熱累積C.輔助氣體含油D.噴嘴對中偏移0.05mm答案：B解析：銅吸收率僅3%，需高頻脈沖（>100kHz）降低單脈沖能量，避免熱累積；頻率過低導致峰值功率高，邊緣汽化發(fā)黑。9.在激光切割頭中，準直鏡焦距f1=75mm，聚焦鏡f2=150mm，若激光器光纖芯徑為50μm，則焦點光斑直徑理論值約為A.25μmB.50μmC.75μmD.100μm答案：B解析：d=f2·θ，θ≈光纖NA=0.1，d=150×0.1=15mrad×150mm=22.5μm；考慮像差與M2≈1.1，實際約50μm。10.激光切割過程中，若突然聽到“爆鳴”并伴隨切割面異常粗糙，應首先檢查A.激光器冷水機溫度B.反射鏡是否燒蝕C.噴嘴是否松動D.伺服電機丟步答案：C解析：噴嘴松動導致氣體湍流，局部燃燒產生爆鳴；同時氣流方向紊亂，切割面粗糙。11.采用CO?激光切割10mm亞克力，若出現“火焰切割”現象，最合理解決措施是A.降低功率并提高速度B.更換氮氣作為輔助氣體C.在工件底部墊鋁箔D.增加脈沖占空比答案：A解析：亞克力燃燒閾值低，降低功率減少熱輸入，提高速度縮短作用時間，可抑制火焰。12.激光切割頭電容式調高器采樣頻率為5kHz，若機床Y軸以2g加速度啟動，則最大允許采樣延遲為多少微秒時，高度漂移不超過0.05mmA.50B.100C.200D.500答案：B解析：Δh=0.5a(t)2，t=√(2Δh/a)=√(0.1mm/20m/s2)=0.001s=1ms；5kHz對應周期200μs，允許延遲100μs。13.激光切割碳鋼時，若使用“氧氣+丙烷”混合氣體，切口質量變化為A.粗糙度降低，掛渣減少B.粗糙度升高，掛渣減少C.粗糙度降低，掛渣增多D.粗糙度升高，掛渣增多答案：B解析：丙烷燃燒增加熱量，底部熔體流動性提高，掛渣減少；但火焰不穩(wěn)定導致條紋加深，粗糙度升高。14.激光切割過程中，若聚焦鏡表面出現“白霧”狀污染，最可能成分為A.氧化鋅B.硅酮樹脂C.碳酸鈣D.聚四氟乙烯答案：B解析：硅酮來自密封膠或電纜護套，高溫分解為SiO?微粒，沉積鏡片形成白霧，吸收激光后燒毀鏡片。15.激光切割不銹鋼時，采用“脈沖+連續(xù)”復合模式，脈沖占空比30%，頻率5kHz，其主要目的是A.降低熱影響區(qū)B.提高速度C.減少氣體消耗D.增加切縫錐度答案：A解析：脈沖峰值瞬時汽化材料，減少持續(xù)熱傳導，熱影響區(qū)寬度下降約40%。二、多項選擇題（每題3分，共15分，多選少選均不得分）16.下列哪些因素會直接導致激光切割不銹鋼時產生“藍色毛刺”A.噴嘴出口磨損0.3mmB.氮氣露點20℃C.焦點位于工件表面上方0.5mmD.速度過快導致底部未切透E.激光器輸出尾綴調制信號異常答案：A、C、D解析：噴嘴磨損導致氣流偏心，底部熔渣被吹回形成藍色氧化毛刺；焦點上移能量不足，底部未完全切割，熔渣堆積；速度過快同樣未切透。氮氣露點高會生銹但非藍色毛刺，尾綴調制影響斷面條紋而非毛刺顏色。17.關于激光切割頭保護鏡（窗口鏡）下列說法正確的是A.鋅化砷可用于CO?激光，損傷閾值>10J/cm2B.石英玻璃對1μm激光吸收率<0.2%C.鏡片鍍“V”型增透膜可減少反射0.5%D.窗口鏡熱透鏡效應會導致焦點漂移E.窗口鏡厚度越厚，熱透鏡效應越弱答案：B、C、D解析：石英吸收率確實<0.2%；V膜反射率可降至0.25%；熱透鏡改變曲率半徑，焦點漂移；厚度增加熱阻增大，熱透鏡更嚴重，E錯；ZnSe用于CO?，非砷化鋅，A錯。18.激光切割過程中，若機床采用“蛙跳”抬空策略，下列哪些參數需同步調整A.抬空高度B.抬空加速度C.切割氣體關閉延遲D.激光器調制信號E.電容調高增益答案：A、B、C解析：蛙跳需設置足夠高度避免碰撞；加速度過大導致機械振動；氣體關閉延遲不足會浪費氣體并吹翻微連。激光器調制與調高增益與蛙跳無直接關聯。19.下列哪些檢測手段可在線識別激光切割是否穿透A.同軸視覺檢測底部輝光強度B.電容調高信號突變C.激光器背反射功率突降D.切割頭振動頻譜分析E.輔助氣體流量下降答案：A、C解析：穿透后底部輝光強度驟增；背反射因材料移除而下降。電容信號對穿透不敏感，振動與流量變化滯后且非特異性。20.激光切割鋁合金時，為抑制微裂紋，可采取A.預熱板材至150℃B.采用高壓氮氣（2.5MPa）C.脈沖模式，峰值功率>連續(xù)功率3倍D.選用5系而非2系鋁合金E.切割后立刻沸水冷卻答案：A、B、C、D解析：預熱降低溫度梯度；高壓氮抑制氧化；脈沖減少熱累積；5系Mg含量高，熱裂傾向低于2系Cu合金。沸水冷卻產生熱沖擊，裂紋加劇，E錯。三、判斷題（每題1分，共10分，正確打“√”，錯誤打“×”）21.激光切割木材時，CO?激光比光纖激光更適合，因為木材對10.6μm吸收率高于1μm。答案：√解析：木材含水，10.6μm吸收深度淺，熱效率高；1μm透射率高，需更高功率。22.噴嘴材料選用紫銅主因導熱率高，可快速散熱防止噴嘴過熱。答案：×解析：紫銅用于導電實現電容調高，導熱率非首要因素；散熱主要靠氣流。23.激光切割過程中，若使用閉環(huán)水冷，冷水機溫度設定越低越好，可延長鏡片壽命。答案：×解析：溫度過低易結露，鏡片鍍膜水解，壽命反而縮短；一般設定20–22℃。24.激光切割不銹鋼，氮氣純度從99.9%提至99.99%，切割速度可提升約5%。答案：√解析：高純氮減少氧化放熱競爭，能量更集中于汽化，速度提升4–6%。25.激光切割頭保護鏡污染后，可反向安裝繼續(xù)使用，以節(jié)省成本。答案：×解析：反向安裝改變鍍膜方向，增透失效，反射增加，易燒毀鏡片。26.激光切割過程中，若出現“鋸齒紋”且頻率與機床齒條齒距一致，可判斷為機械振動導致。答案：√解析：齒條嚙合誤差導致周期性速度波動，切縫呈現等距鋸齒。27.激光切割銅板，采用氧氣輔助可提高速度，因銅氧化反應放熱巨大。答案：×解析：銅氧化生成CuO放熱有限，且高反材料氧氣切割易燒損，速度反而下降。28.激光切割頭焦點位置每漂移0.5mm，不銹鋼切縫寬度約增加0.05mm。答案：√解析：實驗數據，焦點漂移0.5mm，光斑直徑增大10%，切縫寬度增加約0.05mm。29.激光切割PMMA時，切口光滑透明，無需后續(xù)拋光即可作為光學窗口。答案：√解析：PMMA汽化切割無熔渣，邊緣光滑，可直接使用。30.激光切割過程中，若激光器QBH接頭未插到位，背反射功率會顯著升高。答案：√解析：未插到位導致端面反射增加，背反射功率升高，易燒毀光纖端面。四、計算題（共25分）31.（8分）某光纖激光器輸出功率P=6kW，切割8mm碳鋼，速度v=1.2m/min，氧氣壓力1.0MPa，噴嘴直徑1.5mm，假設熱效率η=65%，氧化反應提供額外30%能量，求單位長度總能量輸入（J/mm），并判斷是否足以完成切割。（已知碳鋼汽化比能約50J/mm3，密度7.85g/cm3，需去除材料截面積0.3mm2）答案：激光熱輸入Elaser=P/v=6000/(1200/60)=300J/mm有效熱Eeff=Elaser×η=300×0.65=195J/mm氧化附加熱Eox=Elaser×30%=90J/mm總能量Etotal=195+90=285J/mm所需能量Eneed=50J/mm3×0.3mm2=15J/mm因285>15，能量充足，可切透。解析：計算表明總能量遠高于理論需求，實際限制因素為氧氣流動與排渣能力，而非能量。32.（9分）某激光切割頭聚焦鏡焦距f=200mm，激光器光纖芯徑100μm，NA=0.1，M2=1.2，求焦點光斑直徑df與焦深zb。若要求切縫錐度<0.05mm，板厚d=5mm，判斷焦深是否滿足。（公式：df≈M2·λ·f·NA/π·a，λ=1.07μm，zb≈±π·df2/4λ）答案：df≈1.2×1.07×10?3×200×0.1/(3.14×50)=0.016mm=16μmzb≈±3.14×0.0162/(4×1.07×10?3)=±1.9mm總焦深3.8mm<板厚5mm，故焦深不足，切縫錐度將>0.05mm。解析：需采用短焦距或降低M2光束質量，或多次切割減小單道厚度。33.（8分）某機床X軸伺服電機編碼器線數10000，絲桿導程10mm，減速比1:1，切割圓孔直徑20mm，速度10m/min，求理論插補誤差（μm）。（圓周插補誤差δ≈(v·Ts)2/8R，Ts為插補周期，伺服周期250μs）答案：Ts=250μs=0.00025sv=10m/min=0.1667m/sR=10mm=0.01mδ=(0.1667×0.00025)2/(8×0.01)=2.17×10?11/0.08≈0.27μm理論誤差0.27μm，遠小于激光光斑，可忽略。解析：高分辨率編碼器與短伺服周期保證軌跡精度。五、綜合應用題（共20分）34.（20分）某工廠需切割批量304不銹鋼裝飾件，板厚3mm，輪廓含大量φ5mm小圓孔與銳角0.2mm，要求切縫粗糙度Ra≤1.6μm，掛渣高度≤