激光切割考試題庫及答案一、激光切割基礎(chǔ)原理與工藝參數(shù)1.（單選）在CO?激光切割低碳鋼時，若板厚從2mm增加到6mm，保持切縫寬度不變，應(yīng)優(yōu)先調(diào)整下列哪一項？A.增大離焦量B.降低脈沖頻率C.提高輔助氣體壓力D.減小噴嘴直徑答案：C解析：厚板切割需要更大的動量排除熔渣，提高輔助氣體壓力可顯著增加切縫底部熔渣的排出速度，從而保持切縫寬度穩(wěn)定。離焦量增大會使光斑變大，切縫變寬；降低脈沖頻率對連續(xù)波CO?激光作用有限；減小噴嘴直徑反而限制氣體流量。2.（單選）光纖激光器在切割高反材料（紫銅）時，為抑制背反射損壞激光器，最有效的內(nèi)部措施是：A.在諧振腔加裝金膜反射鏡B.在輸出端加λ/4波片C.在傳能光纖端面熔接端帽（Endcap）D.在QBH接頭處加機械光閘答案：C解析：端帽可擴大光束直徑，降低功率密度，使回射光在端面處無法重新耦合進纖芯，從而保護激光器。λ/4波片對1064nm高反材料回射光相位改變有限；金膜反射鏡仍會把反射光送回諧振腔；機械光閘屬于外部保護，響應(yīng)速度不足。3.（單選）激光切割不銹鋼薄板（0.5mm）時，采用氮氣作為輔助氣體，若出現(xiàn)底部掛渣且顏色呈金黃色，最可能的原因是：A.氣體純度不足含氧B.焦點位置過于靠上C.切割速度過快D.噴嘴磨損導(dǎo)致渦流答案：A解析：氮氣中含氧會在高溫下與不銹鋼中的Cr、Fe反應(yīng)生成FeCr?O?等氧化物，呈現(xiàn)金黃色掛渣。焦點靠上一般導(dǎo)致切縫上緣燒角；速度過快掛渣顏色應(yīng)為暗紅；噴嘴磨損掛渣分布隨機，顏色不特異。4.（填空）已知某光纖激光切割機最大輸出功率P=3kW，光束質(zhì)量因子M2=1.1，聚焦鏡焦距f=150mm，入射光束直徑D=30mm，則理論焦點光斑直徑d=______μm。（保留一位小數(shù)）答案：25.4解析：d=1.27λfM2/D，取λ=1.07μm，代入得d=1.27×1.07×150×1.1/30≈25.4μm。5.（判斷）在激光切割鋁鎂合金時，采用氧氣作為輔助氣體可獲得比氮氣更小的切縫粗糙度Ra。（）答案：錯誤解析：氧氣與Al反應(yīng)生成高熔點Al?O?，黏度大，易在切縫側(cè)壁形成波紋狀附著層，Ra反而增大；氮氣抑制氧化，可獲得光亮切縫。6.（簡答）說明“占空比”在脈沖激光切割中的定義，并指出其對熱影響區(qū)（HAZ）的影響規(guī)律。答案：占空比D=t_on/(t_on+t_off)，其中t_on為脈寬，t_off為脈間。D增大，單脈沖能量增加，峰值功率下降，平均功率上升，熱累積效應(yīng)增強，HAZ加寬；D減小，峰值功率提高，單脈沖能量降低，熱累積減弱，HAZ變窄，但過低的D會導(dǎo)致切割效率下降。7.（計算）用2kW單模光纖激光切割5mm碳鋼，已知經(jīng)驗切割速度v=1.2m/min，切縫寬度w=0.3mm，材料密度ρ=7.85g/cm3，熔化焓ΔH=1.45kJ/g，熱影響系數(shù)η=0.6。求理論所需激光功率P_th，并判斷設(shè)備功率是否富余。答案：截面積A=w×h=0.3mm×5mm=1.5mm2=1.5×10?2cm2體積流率Q=vA=1.2m/min×1.5×10?2cm2=30cm3/min=0.5cm3/s質(zhì)量流率m=ρQ=7.85×0.5=3.925g/sP_th=mΔH/η=3.925×1.45/0.6≈9.49kW結(jié)論：理論需9.49kW，設(shè)備僅2kW，功率嚴(yán)重不足，實際無法切透，需降低速度或增加助熔措施。8.（多選）下列哪些參數(shù)組合可用于判斷激光切割進入“穩(wěn)定模切”狀態(tài)？A.火花流呈直線向下且顏色橙黃B.切縫下緣無掛渣，可輕松脫落C.切割聲音連續(xù)清脆D.紅外測溫顯示切縫后緣溫度驟降E.輔助氣體耗量突然增大答案：A、B、C解析：穩(wěn)定模切時，火花流垂直、聲音均勻、掛渣極少；溫度驟降與耗氣量突變并非穩(wěn)定模切標(biāo)志。9.（綜合）某車間采用4kWCO?激光切割20mm不銹鋼，原工藝參數(shù)：氧壓0.6MPa，速度0.3m/min，焦點+2mm（板上），出現(xiàn)底部未切透且切面紋理粗糙。請給出三步優(yōu)化方案并說明理由。答案：第一步：將輔助氣體更換為氮氣并提高壓力至1.8MPa，避免氧化放熱導(dǎo)致熔渣黏度增大；第二步：焦點下調(diào)至2mm（板內(nèi)），增大能量密度于板厚中部，利于穿透；第三步：速度降至0.15m/min，增加線能量，確保底部熔渣充分排出。預(yù)期效果：切縫光亮，底部無未透，粗糙度Ra≤25μm。二、設(shè)備結(jié)構(gòu)與光路調(diào)試10.（單選）CO?激光器折疊腔中，若一片反射鏡的曲率半徑由10m誤裝為5m，將直接導(dǎo)致：A.模體積減小，輸出功率下降B.模體積增大，出現(xiàn)多模C.腔長縮短，頻率漂移D.光束發(fā)散角減小答案：A解析：曲率半徑減半，腔本征模腰半徑減小，模體積下降，增益區(qū)利用不足，輸出功率降低，但模式仍可為基模。11.（單選）光纖激光切割頭中，準(zhǔn)直鏡焦距75mm，聚焦鏡焦距150mm，若將準(zhǔn)直鏡更換為焦距100mm，聚焦后光斑直徑將：A.增大1.33倍B.減小1.33倍C.增大2倍D.不變答案：A解析：聚焦光斑d∝f_col/focus，f_col由75→100，d增大100/75=1.33倍。12.（填空）在飛行光路系統(tǒng)中，若X軸行程2m，采用恒光路補償，則補償鏡組需移動行程為______mm。答案：1000解析：恒光路要求光程不變，X軸移動ΔL，補償鏡需同向移動ΔL/2，故2m行程需1m補償。13.（判斷）采用電容式調(diào)高器時，噴嘴與工件之間的電容值與板厚呈線性反比關(guān)系。（）答案：錯誤解析：電容C∝1/d，d為極間距，與板厚無直接線性關(guān)系；板厚變化通過影響介電常數(shù)分布間接改變C，但非線性。14.（簡答）說明“紅光指示”在激光切割光路調(diào)試中的三點作用，并指出其波長范圍。答案：1.預(yù)覽光路：紅光可見，便于觀察反射鏡偏移；2.對焦點：通過紅光聚焦燒斑與主激光重合，確認(rèn)焦點零位；3.安全定位：在正式出光前確認(rèn)噴嘴與工件間隙，防止撞頭。波長范圍：630680nm半導(dǎo)體激光。15.（計算）某CO?激光器輸出鏡透射率T=15%，增益長度L=1.2m，小信號增益系數(shù)g?=0.8%/cm，腔內(nèi)損耗α_i=0.3%/cm，求閾值增益g_th及最大輸出功率P_out。（已知飽和光強I_s=1kW/cm2，放電管直徑d=15mm）答案：g_th=α_i+(1/2L)ln(1/T)=0.003+(1/240)ln(1/0.15)≈0.003+0.0079=0.0109cm?1=1.09%/cm因g?>g_th，可振蕩。輸出功率P_out=AI_sT(g?/g_th1)=π(0.75)2×1×0.15×(0.8/1.091)≈1.77×0.15×(0.266)≈0.07kW結(jié)論：g?<g_th，實際無法起振，需提高g?或降低損耗。16.（多選）下列哪些情況會導(dǎo)致光纖激光器QBH接頭燒毀？A.光纖端面污染B.保護窗口鍍膜脫落C.回射光功率超過接頭承受閾值D.水冷板流量不足E.激光器調(diào)制頻率過高答案：A、B、C解析：端面污染吸熱、鍍膜脫落增透失效、回射光集中均會燒毀QBH；水冷不足影響整個模塊，非局部接頭；調(diào)制頻率與熱燒毀無直接因果。17.（綜合）某設(shè)備X軸反向間隙0.08mm，Y軸0.05mm，切割直徑100mm圓時，出現(xiàn)明顯“尖角”呈四角星形狀。請給出光路機械聯(lián)合調(diào)試步驟。答案：1.激光干涉儀檢測：確認(rèn)X、Y定位誤差曲線，記錄反向間隙；2.伺服調(diào)整：在驅(qū)動器設(shè)“雙向補償”，將X、Y反向間隙分別填入0.08mm、0.05mm；3.光路驗證：用紅光走四角星軌跡，觀察紅光與噴嘴中心偏移，若偏移>0.02mm，調(diào)整反射鏡微調(diào)架，使全程偏移在0.02mm內(nèi)；4.試切：0.5mm不銹鋼，速度10m/min，氮氣1MPa，若圓度誤差≤0.05mm，判定合格。三、材料特性與缺陷分析18.（單選）激光切割鈦合金時，切縫邊緣出現(xiàn)“αcase”硬化層，其主要原因是：A.高溫下氧擴散形成間隙固溶體B.氮與鈦反應(yīng)生成TiNC.氫脆導(dǎo)致晶格畸變D.馬氏體相變答案：A解析：鈦在高溫（>600℃）與氧擴散形成富氧α相，硬度提高，稱為αcase；氮化需更高溫度；氫脆需含氫環(huán)境；馬氏體相變在鈦合金需快速冷卻，非主要因素。19.（單選）對10mm厚紫銅，采用1kW單模光纖激光，最大切割速度受限于：A.高反射率導(dǎo)致耦合效率低B.熱導(dǎo)率高導(dǎo)致熱影響區(qū)大C.熔點高導(dǎo)致需更大功率密度D.氧化膜增加吸收率答案：A解析：紫銅對1064nm反射率>95%，僅約50W吸收，無法形成連續(xù)熔池，為首要限制；熱導(dǎo)高但線能量可補償；熔點1083℃并非最高；氧化膜Cu?O吸收率仍低。20.（填空）在切割6mm鋁鎂合金時，若表面陽極氧化膜厚度為20μm，其對1064nm激光吸收率約為______%。（已知氧化鋁折射率n=1.76，消光系數(shù)k≈0）答案：8.5解析：利用薄膜干涉公式，氧化鋁在1064nm處光學(xué)厚度nd=1.76×20nm=35.2nm，遠小于λ/4，吸收率A≈4πk/λ×d≈0，但微觀孔隙散射使實測吸收率約810%，取8.5%。21.（判斷）激光切割陶瓷（Al?O?）時，采用CO?激光比光纖激光更容易獲得垂直切縫。（）答案：正確解析：CO?波長10.6μm，陶瓷吸收率>80%，熱輸入深度淺，切縫錐度?。还饫w激光吸收率低，需高功率密度，熱擴散大，錐度增加。22.（簡答）列出激光切割熱影響區(qū)（HAZ）對不銹鋼力學(xué)性能的兩項負(fù)面影響，并給出檢測方法。答案：1.敏化：HAZ在500800℃析出Cr??C?，導(dǎo)致晶間腐蝕傾向增大，可用草酸電解蝕刻試驗（GB/T4334.3）檢測晶界溝槽；2.微裂紋：熱應(yīng)力使HAZ形成沿晶微裂紋，降低疲勞壽命，可用熒光滲透+金相顯微鏡（×200）觀察裂紋密度。23.（計算）已知碳鋼熱擴散系數(shù)α=0.12cm2/s，激光功率密度q=5×10?W/cm2，光斑直徑0.2mm，脈沖寬度t=0.5ms，求熱影響區(qū)深度d_HAZ。（經(jīng)驗公式d_HAZ≈2√(αt)）答案：d_HAZ=2√(0.12×0.0005)=2√(6×10??)=2×0.00775cm=155μm。24.（多選）下列哪些缺陷與輔助氣體含水量高直接相關(guān)？A.切縫邊緣氧化色B.底部氣泡C.微裂紋D.掛渣多孔E.切面條紋頻率變化答案：B、D解析：水分在高溫下分解產(chǎn)生H?、O?，形成氣泡；氧使熔渣氧化，黏度下降，掛渣呈多孔狀；氧化色與純氧相關(guān)；微裂紋與熱應(yīng)力相關(guān)；條紋頻率與速度、頻率相關(guān)。25.（綜合）某航空零件用2mm厚7075T6鋁合金，要求切面無微裂紋、粗糙度Ra≤6μm。原工藝：3kW光纖激光，速度8m/min，氮氣2MPa，結(jié)果Ra=12μm，金相發(fā)現(xiàn)5μm微裂紋。請?zhí)岢鋈礁倪M并給出驗證指標(biāo)。答案：1.降低熱輸入：功率降至1.5kW，速度降至4m/min，保持線能量不變，減少熱應(yīng)力；2.更換輔助氣體：采用液氮蒸發(fā)196℃低溫氮氣，提高冷卻速率，抑制裂紋擴展；3.后處理：激光切割后立即用CO?激光器1kW散焦快速掃描（速度10m/min），使HAZ溫度均勻化，釋放應(yīng)力。驗證：金相檢測裂紋長度≤2μm，輪廓儀測Ra≤6μm，拉伸試樣HAZ強度≥母材95%。四、數(shù)控編程與路徑優(yōu)化26.（單選）在套料軟件中，對同一零件陣列排樣，若零件間距s與板厚t關(guān)系滿足s=0.5t+1mm，其主要考慮因素是：A.熱影響區(qū)疊加B.切縫寬度補償C.骨架強度防止翹頭D.氣體流場干擾答案：C解析：間距過小，骨架過窄，切割過程熱應(yīng)力使骨架翹曲，撞壞噴嘴；經(jīng)驗公式保證骨架寬度≥1mm。27.（單選）采用“微連”工藝時，微連長度l與板厚t經(jīng)驗關(guān)系為l=0.3√t（t單位mm，l單位mm），當(dāng)t=4mm時，若l設(shè)置過大會導(dǎo)致：A.零件脫落B.微連處熔渣堆積C.二次加工困難D.熱變形答案：C解析：l=0.6mm，過大使微連處未割斷，需人工掰斷，增加二次打磨量；過小則零件脫落。28.（填空）在G代碼中，若設(shè)置G01X100Y100F2000，激光器PWM占空比寄存器值為512（10位），對應(yīng)占空比為______%。答案：50解析：10位寄存器最大1023，512/1023≈50%。29.（判斷）對于同一圓角矩形，采用“先內(nèi)后外”切割順序比“先外后內(nèi)”熱變形更小。（）答案：錯誤解析：先內(nèi)孔切割釋放內(nèi)部應(yīng)力，再切外形時骨架剛性下降，外形易變形；通常采用“先外后內(nèi)”或“內(nèi)外交替”以維持骨架剛性。30.（簡答）說明“引入線”在激光切割中的功能，并給出兩種常用引入線類型及適用場合。答案：功能：避免在零件輪廓起點產(chǎn)生凹坑、掛渣。類型：1.直線引入：長度>0.3t，適用于直線邊起點；2.圓弧引入：半徑R>2t，適用于曲線輪廓，減少熱集中。31.（計算）某零件周長C=2400mm，共20件，板厚3mm，切割速度4m/min，穿孔時間0.2s/孔，每零件2孔，求總加工時間T。（忽略空程）答案：切割時間T_cut=2400×20/4000=12min=720s穿孔時間T_pierce=20×2×0.2=8s總T=728s≈12.1min。32.（多選）下列哪些策略可降低尖角過燒？A.降低占空比B.降低速度C.引入線避開尖角D.尖角處暫停0.1sE.采用“環(huán)切”路徑答案：A、C、E解析：降占空比減少能量；引入線避開使起點不在尖角；環(huán)切分散熱量；降速反而加劇過燒；暫停更劣。33.（綜合）某企業(yè)切割1mm不銹鋼手機中框，要求毛刺高度≤0.02mm，原路徑為直角引入+順序切割，毛刺0.05mm。請給出三步優(yōu)化方案。答案：1.引入線改為R=0.5mm圓弧引入，起點設(shè)在直線邊中部；2.切割順序改為“跳割”，即每間隔一個零件切割，降低熱累積；3.在轉(zhuǎn)角處采用“減速+占空比漸變”策略：轉(zhuǎn)角前10mm速度降至50%，占空比由80%線性降至40%，轉(zhuǎn)角后恢復(fù)。驗證：顯微鏡測毛刺高度≤0.02mm，合格率由85%提升至99%。五、安全生產(chǎn)與環(huán)保34.（單選）根據(jù)GB7247.12012，4kW光纖激光器屬于哪一類激光產(chǎn)品？A.1類B.3R類C.4類D.2類答案：C解析：輸出功率>0.5W即為4類。35.（單選）激光切割車間排風(fēng)管道內(nèi)，允許的最大臭氧濃度（8hTWA）為______mg/m3。A.0.1B.0.2C.0.3D.0.5答案：B解析：GBZ2.12019規(guī)定臭氧TWA0.2mg/m3。36.（填空）當(dāng)激光器緊急停止后，根據(jù)ENISO115531，安全聯(lián)鎖要求激光發(fā)射在______ms內(nèi)終止。答案