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影響激光切割質(zhì)量的重要因素有哪些？

2017年08月15日 08:57點擊：5085來源：無錫慶源激光科技有限公司>>進(jìn)入該公司展臺

近年來，激光切割技術(shù)在我國加工領(lǐng)域得到迅速發(fā)展和應(yīng)用，它具有切割速度快、切口寬度窄、適用范圍廣、精度高等諸多優(yōu)勢。但隨著生產(chǎn)的發(fā)展和新工藝的應(yīng)用，對激光切割質(zhì)量的旻求越來越高，這對切割工藝規(guī)范的選取提出了更高的要求。激光切割加工過程非常復(fù)雜，影響因素又很多，如果控制不當(dāng)，其切割質(zhì)量和精度將受到很大影響，無法滿足實際的加工要求。因此為了獲得更好的切割效果，全面系統(tǒng)地研究、分析影響激光切割質(zhì)量的因素，進(jìn)而在加工中重點控制就顯得尤為重要了。

一、切割速度對切割質(zhì)量的影響

對給定的激光功率密度和材料，切割速度符合于一個經(jīng)驗式，只要在通閾值以上，材料的切割速度與激光功率密度成正比，即增加功率密度可提高切割速度。這里所指的功率密度不但與激光輸出功率有關(guān)，而且與光束質(zhì)量模式有關(guān)。另外，光束聚焦系統(tǒng)的特征，即聚焦后的光斑大小也對激光切割有很大的影響。

切割速度與被切割材料的密度（比重）和厚度成反比。當(dāng)其他參數(shù)保持不變，提高切割速度的因素是：提高功率（在一定范圍內(nèi)，如500～2 000W）；改善光束模式（如從高階模到低階模直至TEM00）；減小聚焦光斑尺寸（如采用短焦距透鏡聚焦）；切割低起始蒸發(fā)能的材料（如塑料、有機(jī)玻璃等）；切割低密度材料（如白松木等）；切割薄型材料。

特別對金屬材料而言，在其他工藝變量保持恒定的情況下，激光切割速度可以有一個相對調(diào)節(jié)范圍而仍能保持較滿意的切割質(zhì)量，這種調(diào)節(jié)范圍在切割薄金屬時顯得比厚件稍寬。有時，切割速度偏慢也會導(dǎo)致排出熱融材料燒蝕口表面，使切面很粗糙。

二、焦點位置調(diào)整對切割質(zhì)量的影響

由于激光功率密度對切割速度影響很大，透鏡焦長的選擇是個重要問題。激光束聚焦后光斑大小與透鏡焦長成正比，光束經(jīng)短焦長透鏡聚焦后光斑尺寸很小，焦點處功率密度很高，對材料切割很有利；但它的缺點是焦深很短，調(diào)節(jié)余量小，一般比較適用于高速切割薄型材料。由于長焦長透鏡有較寬焦深，只要具有足夠功率密度，比較適合切割厚工件。

在確定使用何種焦長的透鏡以后，焦點與工件表面的相對位置對保證切割質(zhì)量尤為重要。由于焦點處功率密度zui高，大多數(shù)情況下，切割時焦點位置剛處在工件表面，或稍微在表面以下。在整個切割過程中，確保焦點與工件相對位置恒定是獲得穩(wěn)定的切割質(zhì)量的重要條件。有時，透鏡工作中因冷卻不善而受熱從而引起焦長變化，這就需要及時調(diào)整焦點位置。

當(dāng)焦點處于*位置時，割縫zui小、效率zui高，*切割速度可獲得*切割結(jié)果。

在大多數(shù)應(yīng)用情況下，光束焦點調(diào)整到剛處于噴嘴下。噴嘴與工件表面間距一般為1.5mm左右。

三、輔助氣體壓力對切割質(zhì)量的影響

一般情況下，材料切割都需要使用輔助氣體，問題主要牽涉到輔助氣體的類型和壓力。通常，輔助氣體與激光束同軸噴出，保護(hù)透鏡免受污染并吹走切割區(qū)底部熔渣。

打標(biāo)機(jī)網(wǎng)對非金屬材料和部分金屬材料，使用壓縮空氣或惰性氣體，清除融化和蒸發(fā)材料，同時抑制切割區(qū)過度燃燒對大多數(shù)金屬激光切割則使用活性氣體（只要是O2），形成與熾熱金屬發(fā)生氧化放熱反應(yīng)，這部分附加熱量可提高切割速度1/3～1/2。

在確保輔助氣體前提下，氣體壓力大小是個為重要的因素。當(dāng)高速切割薄型材料時，需要較高的氣體壓力以防止切口背面粘渣（熱粘渣到工件上還會損傷切邊）。當(dāng)材料厚度增加或切割速度較慢時則氣體壓力宜適當(dāng)降低，為了防止塑料切邊霜化，也以較低氣體壓力切割為好。

激光切割實踐表明，當(dāng)輔助氣體為O2時，它的純度對切割質(zhì)量有明顯影響。O2純度降低2%會降低50%的切割速度，并導(dǎo)致切口質(zhì)量顯著變差。

四、激光輸出功率對切割質(zhì)量的影響

對連續(xù)波輸出的激光器來說，激光功率大小和模式好壞都會對切割發(fā)生重要影響。實際操作時，常常設(shè)置zui大功率以獲得較高的切割速度，或用以切割較厚材料。但光束模式（光束能量在橫斷面上的分布）有時顯得更加重要，而且，當(dāng)提高輸出功率時，模式常隨之稍有變差。常可發(fā)現(xiàn)，在小于zui大功率狀況下焦點處卻獲得zui高功率密度，并獲得*切割質(zhì)量。在激光器整個有效工作壽命期間，模式并不一致。光學(xué)元件的狀況、激光工作混合氣體細(xì)微的變化和流量波動，都會影響模式機(jī)構(gòu)。

綜上所述，雖然影響激光切割的因素較為復(fù)雜，但切割速度、焦點位置、輔助氣體壓力和激光功率及模式結(jié)構(gòu)是4個zui重要的變量。在切割過程中，如發(fā)現(xiàn)切割質(zhì)量明顯變差，就首先要檢查以上討論的因素并及時加以調(diào)控。

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