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如何最大限度保证激光切割质量
本站发布日期：2014-9-17
如何最大限度保证激光切割质量
在使用切割机的过程中，
如何最大限度保证质量呢？武汉海辰机电工程提示您，
切
割速度、
焦点位置的调整、
辅助气体压力、
激光输出功率和工件特性等是几大影
响激光切割质量的主要因素。
除此之外，
工件夹紧装置对保证切割质量也至关重
要，
因为在激光切割过程中，
热和应力释放遍及整个工件，
为此必须考虑采用相
适应的固定工件方法，以避免引起工件移动，影响切割工件尺寸的准确性。
一、切割速度对切割质量的影响
对给定的激光功率密度和材料，
切割速度符合于一个经验式，
只要在通阈值以上，
材料的切割速度与激光功率密度成正比，
即增加功率密度可提高切割速度。
这里
所指的功率密度不但与激光输出功率有关，
而且与光束质量模式有关。
另外，
光
束聚焦系统的特征，即聚焦后的光斑大小也对激光切割有很大的影响。
切割速度与被切割材料的密度（比重）和厚度成反比。
当其他参数保持不变，提高切割速度的因素是：提高功率（在一定范围内，如
500
～
2 000W
）；改善光束模式（如从高阶模到低阶模直至
TEM00
）；减小聚焦
光斑尺寸（如采用短焦距透镜聚焦）；切割低起始蒸发能的材料（如塑料、有机
玻璃等）；切割低密度材料（如白松木等）；切割薄型材料。
特别对金属材料而言，
在其他工艺变量保持恒定的情况下，
激光切割速度可以有
一个相对调节范围而仍能保持较满意的切割质量，
这种调节范围在切割薄金属时
显得比厚件稍宽。
有时，
切割速度偏慢也会导致排出热融材料烧蚀口表面，
使切
面很粗糙。
二、焦点位置调整对切割质量的影响
由于激光功率密度对切割速度影响很大，
透镜焦长的选择是个重要问题。
激光束
聚焦后光斑大小与透镜焦长成正比，
光束经短焦长透镜聚焦后光斑尺寸很小，
焦
点处功率密度很高，对材料切割很有利；但它的缺点是焦深很短，调节余量小，
一般比较适用于高速切割薄型材料。
由于长焦长透镜有较宽焦深，
只要具有足够
功率密度，比较适合切割厚工件。
在确定使用何种焦长的透镜以后，
焦点与工件表面的相对位置对保证切割质量尤
为重要。
由于焦点处功率密度最高，
大多数情况下，
切割时焦点位置刚处在工件
表面，
或稍微在表面以下。
在整个切割过程中，
确保焦点与工件相对位置恒定是
获得稳定的切割质量的重要条件。
有时，
透镜工作中因冷却不善而受热从而引起
焦长变化，这就需要及时调整焦点位置。
当焦点处于最佳位置时，
割缝最小、
效率最高，
最佳切割速度可获得最佳切割结
果。
在大多数应用情况下，
光束焦点调整到刚处于喷嘴下。
喷嘴与工件表面间距一般
为
1.5mm
左右。
三、辅助气体压力对切割质量的影响
一般情况下，
材料切割都需要使用辅助气体，
问题主要牵涉到辅助气体的类型和
压力。
通常，
辅助气体与激光束同轴喷出，
保护透镜免受污染并吹走切割区底部
熔渣。
对非金属材料和部分金属材料，
使用压缩空气或惰性气体，
清除融化和蒸
发材料，同时抑制切割区过度燃烧。
对大多数金属激光切割则使用活性气体（只要是
O2
），形成与炽热金属发生氧
化放热反应，这部分附加热量可提高切割速度
1/3
～
1/2
。
在确保辅助气体前提下，
气体压力大小是个极为重要的因素。
当高速切割薄型材
料时，
需要较高的气体压力以防止切口背面粘渣
（热粘渣到工件上还会损伤切边）
。
当材料厚度增加或切割速度较慢时则气体压力宜适当降低，
为了防止塑料切边霜
化，也以较低气体压力切割为好。
激光切割实践表明，当辅助气体为
O2
时，它的纯度对切割质量有明显影响。
O2
纯度降低
2%
会降低
50%
的切割速度，并导致切口质量显著变差。
在使用切割机的过程中，
如何最大限度保证质量呢？武汉海辰机电工程提示您，
切
割速度、
焦点位置的调整、
辅助气体压力、
激光输出功率和工件特性等是几大影
响激光切割质量的主要因素。
除此之外，
工件夹紧装置对保证切割质量也至关重
要，
因为在激光切割过程中，
热和应力释放遍及整个工件，
为此必须考虑采用相
适应的固定工件方法，以避免引起工件移动，影响切割工件尺寸的准确性。
一、切割速度对切割质量的影响
对给定的激光功率密度和材料，
切割速度符合于一个经验式，
只要在通阈值以上，
材料的切割速度与激光功率密度成正比，
即增加功率密度可提高切割速度。
这里
所指的功率密度不但与激光输出功率有关，
而且与光束质量模式有关。
另外，
光
束聚焦系统的特征，即聚焦后的光斑大小也对激光切割有很大的影响。
切割速度与被切割材料的密度（比重）和厚度成反比。
当其他参数保持不变，提高切割速度的因素是：提高功率（在一定范围内，如
500
～
2 000W
）；改善光束模式（如从高阶模到低阶模直至
TEM00
）；减小聚焦
光斑尺寸（如采用短焦距透镜聚焦）；切割低起始蒸发能的材料（如塑料、有机
玻璃等）；切割低密度材料（如白松木等）；切割薄型材料。
特别对金属材料而言，
在其他工艺变量保持恒定的情况下，
激光切割速度可以有
一个相对调节范围而仍能保持较满意的切割质量，
这种调节范围在切割薄金属时
显得比厚件稍宽。
有时，
切割速度偏慢也会导致排出热融材料烧蚀口表面，
使切
面很粗糙。
二、焦点位置调整对切割质量的影响
由于激光功率密度对切割速度影响很大，
透镜焦长的选择是个重要问题。
激光束
聚焦后光斑大小与透镜焦长成正比，
光束经短焦长透镜聚焦后光斑尺寸很小，
焦
点处功率密度很高，对材料切割很有利；但它的缺点是焦深很短，调节余量小，
一般比较适用于高速切割薄型材料。
由于长焦长透镜有较宽焦深，
只要具有足够
功率密度，比较适合切割厚工件。
在确定使用何种焦长的透镜以后，
焦点与工件表面的相对位置对保证切割质量尤
为重要。
由于焦点处功率密度最高，
大多数情况下，
切割时焦点位置刚处在工件
表面，
或稍微在表面以下。
在整个切割过程中，
确保焦点与工件相对位置恒定是
获得稳定的切割质量的重要条件。
有时，
透镜工作中因冷却不善而受热从而引起
焦长变化，这就需要及时调整焦点位置。
当焦点处于最佳位置时，
割缝最小、
效率最高，
最佳切割速度可获得最佳切割结
果。
在大多数应用情况下，
光束焦点调整到刚处于喷嘴下。
喷嘴与工件表面间距一般
为
1.5mm
左右。
三、辅助气体压力对切割质量的影响
一般情况下，
材料切割都需要使用辅助气体，
问题主要牵涉到辅助气体的类型和
压力。
通常，
辅助气体与激光束同轴喷出，
保护透镜免受污染并吹走切割区底部
熔渣。
对非金属材料和部分金属材料，
使用压缩空气或惰性气体，
清除融化和蒸
发材料，同时抑制切割区过度燃烧。
对大多数金属激光切割则使用活性气体（只要是
O2
），形成与炽热金属发生氧
化放热反应，这部分附加热量可提高切割速度
1/3
～
1/2
。
在确保辅助气体前提下，
气体压力大小是个极为重要的因素。
当高速切割薄型材
料时，
需要较高的气体压力以防止切口背面粘渣
（热粘渣到工件上还会损伤切边）
。
当材料厚度增加或切割速度较慢时则气体压力宜适当降低，
为了防止塑料切边霜
化，也以较低气体压力切割为好。
激光切割实践表明，当辅助气体为
O2
时，它的纯度对切割质量有明显影响。
O2
纯度降低
2%
会降低
50%
的切割速度，并导致切口质量显著变差。