不锈钢-碳钢层合板,是一种新型的资源节约型环境友好型复合材料,同时具有不锈钢和碳钢的特点。不锈钢-碳钢层合板在航空航天,石油化工,桥梁,汽车等诸多领域都有广泛的应用。不锈钢-碳钢层合板不能承受剪切力,因此无接触力作用的高效率、高精度的激光切割对于层合板加工具有重要的意义。针对层合板激光切割密集孔时存在板材变形,切缝挂渣;切割叶型孔时存在表面烧蚀缺材和切缝挂渣现象均提出具体的方法。本文以不锈钢-碳钢层合板为研究对象,通过实验和数学模型二个方面研究了层合板的切割规律和切割质量。(1)建立激光切割参数对切割质量的单因素实验,系统研究了激光参数(激光功率P、切割速度V、辅助气体压力F、离焦量Δ),对切割质量评价指标(切缝宽度、切割截面粗糙度、挂渣长度)的影响规律。通过设计四因素三水平正交实验,以切割截面粗糙度和挂渣长度作为量化指标,确定了激光切割层合板的最优参数组合。(2)为提高层合板激光切割图案的尺寸精度,快速找到进行尺寸插补的补偿量,在单一板材切缝宽度预测模型的基础上,结合熔化、气化原理和能量守恒方程,采用气熔比法激光切割理论,建立预测切缝宽度的数学模型。利用单因素实验中切缝宽度相差较大的几组参数验证预测模型的准确性。(3)以二个典型图案密集孔和叶型孔为目标件,首先对单个圆孔时产生烧蚀现象采用螺旋扫描路径的方法提高加工质量;然后对于密集型图案,以密集小圆孔为例提出“垫片法”解决加工存在挂渣过大,且不均匀的问题;对于复杂图案,以叶型孔为例,提出“四段变速度+变功率能量补偿”的方法解决上表面过度烧蚀和下表面挂渣问题。(4)为解决板材经过激光加工后的使用性能,对板材质量进行系统的研究。采用K型热点偶对激光加工过程中扫描线附近的温度进行测量以便分析显微组织。利用金相显微镜检测切缝附近的金相组织,以便确定热影响区宽度和分析硬度。利用扫描电镜(FEI)对切割样件和打磨后的样件截面形貌进行形貌观测是否存在明显的加工缺陷。采用场发射扫描电镜(SUPRA55)对层合板结合界面进行线扫描和面扫描,面扫描检测出不锈钢和碳钢中元素浓度差别比较大的元素,利用线扫描检测层合板基板和切割样件分析过渡层厚度和层合板的结合质量,以及是否存在微观缺陷。利用显微硬度计检测切割热影响区的硬度,分析板材切割后的组织变化。利用拉伸试验机,检测样件,以便分析板材的韧性和使用性能。