把激光切割应用于汽油机排气净化装置的研制中，克服了传统切割时机械撞击、损坏丝网和球体、定位不准、热影响大、制作效率低、废品率高等缺点。激光切割效率高、精度好、振镜扫描范围宽、自动化程度高，对促进净化装置的推广应用提供了可靠保证。
当前各国汽车、摩托车数量不断增加，人们对汽油机排放污染的危害性有了进一步认识，其控制技术及装置的研发也受到普遍重视。汽油机排气污染物的机外净化是有效控制大气污染的措施之一，用安装在排气管的净化装置进行后处理，可达到降低尾气污染物排放的目的。有一种催化净化效果达95％以上的金属丝网包络陶瓷球状载体的催化净化装置，其载体用传统焊接和切割不能满足装置结构和性能要求。本文介绍将激光切割用于装置的加工，以推动这种净化系统实用化。
1 催化净化装置
汽油机排气污染物有毒成分主要是HC、CO、NOx和黑烟，其中CO和HC是不完全氧化产物，可通过排气系统内氧化过程使其排出量减少。NOx是氮在高温下的氧化物，富氧时生成量增加，需用化学还原方法，使排出量减少。催化净化装置的作用是为了减少以上污染物，是净化系统的核心部分。将一种热膨胀系数低、磨损小、不易碎、预热快的陶瓷原料球体，外表用有催化涂层、导热快、对振动不敏感的金属丝网包络，制成直径为10mm的小球颗粒型载体，在摩托车的排气管约90mm范围里放人200～300个(图1)，即构成催化净化装置。
图1 催化净化装置
球型载体的构成是由边长1mm×1mm的小方金属丝网，上、下二片包络陶瓷球体。如图2所示。上、下二片丝网问放上若干陶瓷球体再将包络球体的上、下丝网焊接，然后在焊缝外围切割，形成一个个由金属丝网包络的陶瓷小球。
图2 金属丝网包络的陶瓷球体nextpage
金属丝网包络陶瓷小球的制作用传统焊和切割，焊时难免机械撞击，损坏丝网，定位不准；切割定位难，损坏球。热影响区域大，制作效率低，质量不高。不能适应量大和精度高小球的要求。因而，研究将激光技术开发应用于小球的制作。
2 激光切割的应用
金属丝网切割是一种精密微细件的加工。结构空间小、切割精度高、质量好的一个个球体要切割光滑圆整。利用激光能精确控制能量，传热效应好以及能用光纤灵活传递H1等优势，可达到较理想、稳定的切割质量。
激光切割金属丝网要切口窄，并平整光滑。切口宽窄及质量与光束直径和光束模式的选取有很大关系。
2.1 光束直径
激光切割时，光斑直径要求尽可能小，它有利于激光照射功率的提高，使光束输入的热量能超过丝网材料的反射和扩散，将材料很快加热汽化、断开，得到很窄的切缝。光斑直径大小取决于聚焦透镜的焦长、焦距和发散角。一般光斑直径d与焦距f、发散角θ的关系是：
d=2fθ
可见，减小透镜焦距f和发散角θ，有利于缩小光斑直径d。但f减小，透镜与工件的间距也缩小，切割时熔渣会飞溅粘附在透镜表面，影响切割效果及透镜的寿命。
透镜的焦长对光斑大小也有影响，一般激光束经短焦距透镜聚焦后光斑尺寸很小，焦点处功率密度很高，对丝网切割有利，但不利之处是焦深很短，调节量小，一般适合于快速切割。
确定焦长后，焦点与丝网表面的相对位置对切割质量很重要。由于焦点处功率密度高，丝网细，切割焦点位置刚处在丝网表面即可。焦点所处位置恰当，割缝最小，效率也高。可获得最佳切割效果。试验用1.06μm波长的YAG激光束切割金属丝网，切口约0.15mm左右，能较大地提高切割质量和速度，成本也低。
2.2 光束模式
光束模式反应光束聚焦能力，它与切割宽度关系很大。用最低阶模光束能使光斑内能量呈高斯分布。如图3所示，它可把光束聚焦到最小尺寸，如几个微米直径，形成陡尖的高能量密度。而高阶或多模光束的能量分布较扩散，聚焦的光斑较大，能量密度较低，犹如用一把钝刀来切割。
图3 呈高斯分布的最低阶模
最低阶模意味激光沿腔轴发生，光束焦点处的功率密度比多模光束高两个数量级。试验表明，采用基模激光束进行丝网切割比采用多模激光切割质量要好。如基模激光功率500W，比多模激光功率1500w低得多，切缝也小很多，用它来切割丝网可获得很窄的切缝，切边平整，热影响区小，切割区重熔层薄，下侧粘渣轻或不粘渣，保证了较好的切割质量。
2.3 切割面的表面粗糙度和切割速度
采用低模的光束切割丝网时，切割面的表面粗糙度值低，切割速度高。在切割金属丝网时，用基模光束的切缝侧面表面粗糙度Ra要低8～10μm。为了提高效率，适应大批量生产要求，激光切割金属丝网将光束经振镜扫描进行分割，可在200mm×200mm范围内实现多束同时切割，能较大地提高切割效率。
3 结论
汽油机排气净化装置的制作，经开发研究，应用激光技术，显示了激光精密微细加工的优势。试验表明：①切缝很窄，可达0.15mm左右，没有切割残渣，成本不高；②光束经振镜扫描分割，范围宽，实现多点切割，能较大提高效率，满足大批量切割；③光束经光纤传输，更能提高切割的灵活性，容易实现柔性自动化生产。
