激光切割質量的影響因素講解

一、切削速度對切削質量的影響

對于給定的激光功率密度和材料，切割速度符合經驗公式。只要在通過閾值以上，材料的切割速度就與激光功率密度成正比，即增加功率密度可以提高切割速度。這里的功率密度不僅與激光輸出功率有關，還與光束質量有關模式。此外，光束聚焦系統的特性，即聚焦后的光斑大小，對激光切割也有很大的影響。

切割速度與待切割材料的密度(比重)和厚度成反比。

在其他參數不變的情況下，提高切削速度的因素有：增加功率(在一定范圍內，如500 ~ 2 000瓦);改善波束模式(例如，從高階模式到低階模式到TEM00);減小聚焦光斑的大小(如用短焦距鏡頭聚焦);切割初始蒸發能量低的材料(如塑料、有機玻璃等)。);切割低密度材料(如白松木，等)。);切割薄材料。

特別是對于金屬材料，當其他工藝變量保持不變時，激光切割速度可以有一個相對可調的范圍，并且仍然保持令人滿意的切割質量，這比切割薄金屬時的厚零件的切割質量稍寬。有時，切割速度慢也會導致排出的熱熔材料燒蝕口部表面，使切割表面非常粗糙。

二、焦點位置調整對切割質量的影響

由于激光功率密度對切割速度有很大影響，所以透鏡焦距的選擇是一個重要問題。聚焦后激光束的光斑大小與透鏡的焦距成正比。短焦距透鏡聚焦后的光束光斑尺寸很小，聚焦處的功率密度很高，有利于材料切割。但是，它的缺點是焦深短，調整余量小，一般適用于高速切削薄材料。由于遠攝鏡頭具有較寬的焦深，只要有足夠的功率密度，就更適合切割較厚的工件。

在確定使用哪個焦距透鏡后，焦點和工件表面之間的相對位置對于確保切割質量尤為重要。由于焦點處的功率密度高，在大多數情況下，切割時焦點僅在工件表面或略低于表面。在整個切割過程中，保證焦點與工件之間的相對位置恒定是獲得穩定切割質量的重要條件。有時，當鏡頭因冷卻不良而被加熱時，焦距會發生變化，因此有必要及時調整焦距位置。

當焦點處于位置時，切割槽小，效率高，切割速度可獲得切割效果。

在大多數應用中，光束焦點被調整到噴嘴正下方。通常，噴嘴和工件表面之間的距離約為1.5毫米

三、輔助氣體壓力對切割質量的影響

一般來說，材料切割需要輔助氣體，問題主要涉及輔助氣體的類型和壓力。通常，輔助氣體與激光束同軸噴射，以保護透鏡免受污染并吹走切割區底部的熔渣。對于非金屬材料和一些金屬材料，使用壓縮空氣或惰性氣體去除熔化和蒸發的材料，同時抑制切割區域的過度燃燒

對于大多數金屬激光切割，活性氣體(只要是O2)被用來與熱金屬形成氧化放熱反應，這種額外的熱量可以將切割速度提高1/3 ~ 1/2。

在保證輔助氣體的前提下，氣體壓力是一個極其重要的因素。當高速切割薄材料時，需要高氣壓來防止切渣粘在切割的背面(熱渣粘在工件上也會損壞切邊)。當材料厚度增加或切割速度變慢時，應適當降低氣壓。為了防止塑料切邊結霜，用較低的氣壓切割。

激光切割實踐表明，當輔助氣體為O2時，其純度對切割質量有明顯影響。O2純度降低2%將使切割速度降低50%，并導致切口質量顯著惡化。

第四，激光輸出功率對切割質量的影響

對于連續波激光器，激光功率和模式將對切割產生重要影響。在實踐中，大功率通常被設定為獲得更高的切割速度或切割更厚的材料。然而，光束模式(光束能量在橫截面中的分布)有時更重要，并且當輸出功率增加時，模式通常變得稍微差一些。通?？梢园l現，在小于大功率的情況下，在焦點處可以獲得高的功率密度和佳的切割質量。模式在激光器的整個有效工作壽命期間不一致。模式機制將受到光學元件條件、激光工作氣體混合物的微小變化和流量波動的影響。

綜上所述，雖然影響激光切割的因素是復雜的，但是切割速度、聚焦位置、輔助氣體壓力和激光功率以及模式結構是四個重要的變量。在切割過程中，如果發現切割質量明顯下降，有必要檢查上述因素并及時控制。

V.工件特性對切削質量的影響

以下因素對激光切割質量甚至切割能力影響大：

1.材料表面的反射率

對于CO2激光器發射的10.6毫米遠紅外線光束，非金屬材料吸收良好，即吸收率高，而表面金屬材料吸收10.6毫米光束較差，特別是金、銀、銅和鋁的反射率高，一般不適合用CO2激光束切割，尤其是連續波光束。對于鋁和銅，通常需要超過3千瓦才能形成足夠的初始功率，以獲得穿透所需的初始小孔效果。

黑色金屬鋼材、鎳、鈦等。對10.6毫米的CO2光束有一定的吸收率，特別是當材料表面被加熱到一定溫度或氧化膜時，其吸收率會大大提高，從而獲得更好的切割效果。

對于不透明材料，吸收率為(1-反射率)，這與材料表面狀態、溫度和波長有關。

材料對光束的吸收率在加熱的初始階段起著重要的作用，但是一旦工件中的小孔形成，小孔的黑體效應使得材料對光束的吸收率接近100%。

2.材料的表面狀態

材料的表面狀態直接影響光束的吸收，特別是表面粗糙度和表面氧化層會引起表面吸收率的明顯變化。在激光切割實踐中，有時可以利用材料表面狀態對光束吸收率的影響來提高材料的切割性能。