喷嘴和割炬的影响

割炬的设计和制造对获得良好切割质量产生着重要影响，特别是喷嘴。
 
 
喷嘴如选用不当或维护不善易造成污染或损伤，或者由于喷嘴口的圆度不好或因热金属飞溅引起局部堵塞，都会在喷嘴中形成涡流，导性能明显变差。有时，喷嘴口与聚焦光束不同轴，形成光束剪切喷嘴边缘，也会影响切边质量，增加切缝宽度和使切割尺寸错位。对喷嘴来说，要特别注意两个问题。
 
 
 
（1）喷嘴直径的影响。喷嘴口大小对切割速度有一定的影响，喷嘴口大小也影响出口处压力分布。喷嘴直径增加，由于喷气流对切割区母材的强烈冷却作用使热影响区变窄，但也会导致切缝过宽，而喷嘴大小会引起准直困难，喷嘴口有被光束削截的危险，而且，切缝过窄，在高的切割速度下会阻碍熔渣的顺利排
出。
 
 
 
（2）喷嘴与工件表面间距的影响。喷嘴与工件间距直接影响喷嘴气流与工件切缝的耦合。喷嘴口太靠近工件表面，对透镜会产生强烈的返回压力，减弱了对溅散切割产物质点的驱散能力，对切割质量有不利影响，但距离太远又会造成不必要的动能损失，对有效切割也不利。一般，喷口与工件间距控制在1～2mm为宜，现代激光切割系统的割炬都配有电感或电容式传感器反馈装置，以自动调节两者距离在预先设定的高度范围内。

2.外光路系统的影响
  激光器射出的原始光束是经过外光路系统的传输（包括反射和透射），以极高的功率密度准确地照射到工件的表面。
 
 外光路系统的光学元件应定期检查、及时调整，确保当切割炬在工件上方运行时，光束正确地传输到透镜中心并聚焦成很小的光点，对工件进行高质量切割。一旦其中任何一光学元件位置发生变化或受到污染，都会影响切割质量，甚至造成切割不能进行。 
 
 
外光路镜片受到气流中杂质污染和切割区飞溅质点粘结，或者镜片冷却不足，都会使镜片发生过热，影响光束能量传输。引起光路准直度飘移而导致严重后果，透镜过热还会产生焦点失真，甚至危及透镜本身。
 
 
 四、激光输出功率对切割质量的影响
 
  对连续波输出的激光器来说，激光功率大小和模式好坏都会对切割发生重要影响。实际操作时，常常设置最大功率以获得较高的切割速度，或用以切割较厚材料。但光束模式（光束能量在横断面上的分布）有时显得更加重要，而且，当提高输出功率时，模式常随之稍有变差。常可发现，在小于最大功率状况下焦点处却获得最高功率密度，并获得最佳切割质量。在激光器整个有效工作寿命期间，模式并不一致。光学元件的状况、激光工作混合气体细微的变化和流量波动，都会影响模式机构。
 
 
综上所述，虽然影响激光切割的因素较为复杂，但切割速度、焦点位置、辅助气体压力和激光功率及模式结构是4个最重要的变量。在切割过程中，如发现切割质量明显变差，就首先要检查以上讨论的因素并及时加以调控。
 
 
五、工件特性对切割质量的影响
 
 
对激光切割质量甚至能否切割影响最大的有如下因素：
 
 
1.材料表面反射率对CO2激光器发射出的10.6mm远红外光束来说，非金属材料对它吸收较好，即具有高的吸收率，面金属材料则对10.6mm光束吸收较差，特别是具有高反射率的金、银、铜和铝金属等，对这类材料一般不适宜用CO2激光束，特别是连续波光束来切割。对铝、铜金属而言，要形成足够的起始功率一般需要3kW以上，以获得穿透效果所需要的初始小孔。
 
  黑色金属钢铁类材料及镍、钛等对10.6mm的CO2光束有一定吸收率，特别是当材料表面加热到一定温度或氧化膜以后，其吸收率还会大幅度提高，从而获得较好的切割效果。
 
  对不透明材料，吸收率＝（1－反射率），与材料表面状态、温度及波长有关。
 
  材料对光束的吸收率大小在加热起始阶段具有重要作用，但一旦工件内部小孔形成，小孔的黑体效应使材料对光束的吸收率接近100%
。
    2.材料表面状态
 
  材料的表面状态直接影响对光束的吸收，尤其是表面粗糙度和表面氧化层会造成表面吸收率的明显变化。在激光切割实践中，有时可利用材料表面状态对光束吸收率的影响来改善材料的切割性能。
 
  六、其他因素对切割质量的影响
 
 
1.割炬和喷嘴的影响
 
  割炬的设计和制造对获得良好切割质量产生着重要影响，特别是喷嘴。
 
  喷嘴如选用不当或维护不善易造成污染或损伤，或者由于喷嘴口的圆度不好或因热金属飞溅引起局部堵塞，都会在喷嘴中形成涡流，
导致切割性能明显变差。有时，喷嘴口与聚焦光束不同轴，形成光束剪切喷嘴边缘，也会影响切边质量，增加切缝宽度和使切割尺寸错位。
 
对喷嘴来说，要特别注意两个问题。
 
 
（1）喷嘴直径的影响。喷嘴口大小对切割速度有一定的影响，喷嘴口大小也影响出口处压力分布。喷嘴直径增加，由于喷气流对切割区母材的强烈冷却作用使热影响区变窄，但也会导致切缝过宽，而喷嘴大小会引起准直困难，喷嘴口有被光束削截的危险，而且，切缝过窄，在高的切割速度下会阻碍熔渣的顺利排出。
 
 
（2）喷嘴与工件表面间距的影响。喷嘴与工件间距直接影响喷嘴气流与工件切缝的耦合。
喷嘴口太靠近工件表面，对透镜会产生强烈的返回压力，减弱了对溅散切割产物质点的驱散能力，对切割质量有不利影响，但距离太远会造成不必要的动能损失，对有效切割也不利。一般，喷口与工件间距控制在1～2mm为宜，现代激光切割系统的割炬都配有电感或电容式传感器反馈装置，以自动调节两者距离在预先设定的高度范围内。
 
 
2.外光路系统的影响
激光器射出的原始光束是经过外光路系统的传输（包括反射和透射），以极高的功率密度准确地照射到工件的表面。
 
外光路系统的光学元件应定期检查、及时调整，确保当切割炬在工件上方运行时，光束正确地传输到透镜中心并聚焦成很小的光点，对工件进行高质量切割。一旦其中任何一光学元件位置发生变化或受到污染，都会影响切割质量，甚至造成切割不能进行。
 
  外光路镜片受到气流中杂质污染和切割区飞溅质点粘结，或者镜片冷却不足，都会使镜片发生过热，影响光束能量传输。引起光路准直度飘移而导致严重后果，透镜过热还会产生焦点失真，甚至危及透镜本身。
 
  光学元件一旦受到污染甚至粘上切割产物小质点，对它的清理是个极为重要而往往会被忽视的问题，下面列出一些清洗要点：
 
 
（1）透镜的清洗：把擦镜头纸弯成几折，用几滴分析纯丙酮浸湿；用浸湿的镜头纸轻轻擦拭镜头表面，注意不能用手指压镜片；反复几次，直到镜片表面清洁、没有污垢和残存痕迹留在镜面；用干空气吹干；必要时可把用几滴丙酮弄湿的镜头纸卷成杆，轻轻地擦洗镜片表面，以去除重污滴。
 
 要注意的是丙酮易从空气中吸收潮气和水分污染丙酮本身，所以要盖紧丙酮瓶，千万不要将清洗后剩下的丙酮液倒回到新的丙酮瓶中。
 
 
（2）反射镜镜片的清洗：从镜架上拆除镜片；镜面朝上，把镜头纸放在镜面上；在镜头纸上滴几滴丙酮，并轻拉镜头纸撩过镜面；反复上述工序，直至镜面清洁，无污秽和残渍留在镜面；再把镜片装入镜座。
 
  如果采用钼镜作反射镜，因为它不能镀层，抛光后即可直接使用，所以它可用水（肥皂水或含洗洁精的水）清洗镜面。但其他表面有镀层的镜片不能用水清洗，因为很多镀层溶解于水，镜片将遭破坏

激光切割机常见的六个问题及处理方法
 
1.切割穿孔技术
    任何一种热切割技术,除少数情况可以从板边缘开始外,一般都必须在板上穿一个小孔。之前在激光冲压复合机上是用冲头先冲出一个孔,然后再用激光从小孔处开始进行切割。对于没有冲压装置的激光切割机
有两种穿孔的基本方法：
 
    爆破穿孔——材料经连续激光的照射后在中心形成一个凹坑,然后由与激光束同轴的氧流很快将熔融材料去除形成一个孔。
一般孔的大小与板厚有关,爆破穿孔平均直径为板厚的一半,因此对较厚的板爆破穿孔孔径较大,且不圆,不宜在加工精度要求较高的零件上使用,只能用于废料上。此外由于穿孔所用的氧气压力与切割时相同,飞溅较大。
   脉冲穿孔——采用高峰值功率的脉冲激光使少量材料熔化或汽化,常用空气或氮气作为辅助气体,以减少因放热氧化使孔扩展,气体压力较切割时的氧气压力小。每个脉冲激光只产生小的微粒喷射,逐步深入,因此厚板穿孔时间需要几秒钟。一旦穿孔完成,立即将辅助气体换成氧气进行切割。这样穿孔直径较小,其穿孔质量优于爆破穿孔。为此所使用的激光器不但应具有较高的输出功率；更重要的是光束的时间和空间特性,因此一般横流CO2激光器不能适应激光切割的要求。此外脉冲穿孔还须要有较可靠的气路控制系统,以实现气体种类、气体压力的切换及穿孔时间的控制。
在采用脉冲穿孔的情况下,为了获得高质量的切口,从工件静止时的脉冲穿孔到工件等速连续切割的过渡技术应加以重视。从理论上讲通常可改变加速段的切割条件,如焦距、喷嘴位置、气体压力等,但实际上由于时间太短改变以上条件的可能性不大。在工业生产中主要采用改变激光平均功率的办法比较现实,具体方法是改变脉冲宽度；改变脉冲频率；同时改变脉冲宽度和频率。实际结果表明,第3种效果最好。
 
2.切割加工小孔（直径小与板厚）变形情况的分析
  这是因为机床（只针对大功率激光切割机）在加工小孔时不是采取爆破穿孔的方式，而是用脉冲穿孔（软穿刺）的方式，这使得激光能量在一个很小的区域过于集中，将非加工区域也烧焦，造成孔的变形，影响加工质量。这时我们应在加工程序中将脉冲穿孔（软穿刺）方式改为爆破穿孔（普通穿刺）方式，加以解决。而对于较小功率的激光切割机则恰好相反，在小孔加工时应采取脉冲穿孔的方式才能取得较好的表面光洁度。
 
3. 激光切割低碳钢时，工件出现毛刺的解决方法
 
  根据CO2激光切割的工作和设计原理，分析得出以下几点原因是造成加工件产生毛刺的主要原因：激光焦点的上下位置不正确，需要做焦点位置测试，根据焦点的偏移量进行调整；激光的输出功率不够，需要检查激光发生器的工作是否正常，如果正常，则观察激光控制按钮的输出数值是否正确，加以调整；切割的线速度太慢，需要在操作控制时加大线速度；切割气体的纯度不够，需要提供高质量的切割工作气体；激光焦点偏移，需要做焦点位置测试，根据焦点的偏移量进行调整；机床运行时间过长出现的不稳定性，此时需要关机重新启动。
 
4. 激光切割加工不锈钢和敷铝锌板时，工件有毛刺产生的分析
  以上情况的出现，首先考虑切割低碳钢时出现毛刺的因素，但不可简单地加快切割速度，因为增加速度有时会出现板材切割不穿的情况，此种情况在加工敷铝锌板时尤为突出。这时应综合考虑机床的其他因素加以解决，如喷嘴是否要更换，导轨运动不稳定等。
 
5. 激光未完全切割透状态的分析
 
  分析后可以发现下面的几种情况是产生加工不稳定的主要情况：激光头喷嘴的选择与加工板厚不匹配；激光切割线速度过快，需要操作控制减小线速度；喷嘴感应不准导至激光焦点位置误差过大需重新检测喷嘴感应数据,特别是在切割铝材时最容易出现.
6. 切割低碳钢时出现非正常火花的解决方法
 
这种情况会影响零件的切割断面光洁度加工质量。此时在其他参数都正常的情况下，应考虑以下情况：激光头喷嘴NOZZEL的损耗，应及时更换喷嘴。在无新喷嘴更换的情况下，应加大切割工作气体压力；喷嘴与激光头连接处螺纹松动。此时应立即暂停切割，检查激光头连接状态，重新上好螺纹。
1.切割穿孔技术
  任何一种热切割技术，除少数情况可以从板边缘开始外，一般都必须在板上穿一个小孔。之前在激光冲压复合机上是用冲头先冲出一个孔，然后再用激光从小孔处开始进行切割。对于没有冲压装置的激光切割机
有两种穿孔的基本方法：
 
爆破穿孔——材料经连续激光的照射后在中心形成一个凹坑，然后由与激光束同轴的氧流很快将熔融材料去除形成一个孔。一般孔的大小与板厚有关，爆破穿孔平均直径为板厚的一半，因此对较厚的板爆破穿孔孔径较大，且不圆，不宜在加工精度要求较高的零件上使用，只能用于废料上。此外由于穿孔所用的氧气压力与切割时相同，飞溅较大。
 
脉冲穿孔——采用高峰值功率的脉冲激光使少量材料熔化或汽化，常用空气或氮气作为辅助气体，以减少因放热氧化使孔扩展，气体压力较切割时的氧气压力小。每个脉冲激光只产生小的微粒喷射，逐步深入，因此厚板穿孔时间需要几秒钟。一旦穿孔完成，立即将辅助气体换成氧气进行切割。这样穿孔直径较小，其穿孔质量优于爆破穿孔。为此所使用的激光器不但应具有较高的输出功率；更重要的是光束的时间和空间特性，因此一般横流CO2激光器不能适应激光切割的要求。此外脉冲穿孔还须要有较可靠的气路控制系统，以实现气体种类、气体压力的切换及穿孔时间的控制。在采用脉冲穿孔的情况下，为了获得高质量的切口，从工件静止时的脉冲穿孔到工件等速连续切割的过渡技术应加以重视。从理论上讲通常可改变加速段的切割条件，如焦距、喷嘴位置、气体压力等，但实际上由于时间太短改变以上条件的可能性不大。在工业生产中主要采用改变激光平均功率的办法比较现实，具体方法是改变脉冲宽度；改变脉冲频率；同时改变脉冲宽度和频率。实际果表明，第3种效果最好。
 
2.切割加工小孔（直径小与板厚）变形情况的分析
 
这是因为机床（只针对大功率
激光切割机）在加工小孔时不是采取爆破穿孔的方式，而是用脉冲穿孔（软穿刺）的方式，这使得激光能量在一个很小的区域过于集中，将非加工区域也烧焦，造成孔的变形，影响加工质量。这时我们应在加工程序中将脉冲穿孔（软穿刺）方式改为爆破穿孔（普通穿刺）方式，加以解决。而对于较小功率的激光切割机则恰好相反，在小孔加工时应采取脉冲穿孔的方式才能取得较好的表面光洁度。
 
3. 激光切割低碳钢时，工件出现毛刺的解决方法
 
根据CO2激光切割的工作和设计原理，分析得出以下几点原因是造成加工件产生毛刺的主要原因：激光焦点的上下位置不正确，需要做焦点位置测试，根据焦点的偏移量进行调整；激光的输出功率不够，需要检查激光发生器的工作是否正常，如果正常，则观察激光控制按钮的输出数值是否正确，加以调整；切割的线速度太慢，需要在操作控制时加 大线速度；切割气体的纯度不够，需要提供高质量的切割工作气体；激光焦点偏移，需要做焦点位置测试，根据焦点的偏移量进行调整机床运行时间过长出现的不稳定性，此时需要关机重新启动。
 
4. 激光切割
加工不锈钢和敷铝锌板时，工件有毛刺产生的分析
以上情况的出现，首先考虑切割低碳钢时出现毛刺的因素，但不可简单地加快切割速度，因为增加速度有时会出现板材切割不穿的情况，此种情况在加工敷铝锌板时尤为突出。这时应综合考虑机床的其他因素加以解决，如喷嘴是否要更换，导轨运动不稳定等。
 
5. 激光未完全切割透状态的分析
 
分析后可以发现下面的几种情况是产生加工不稳定的主要情况：激光头喷嘴的选择与加工板厚不匹配；激光切割线速度过快，需要操作控制减小线速度；另外，还需要特别注意的是，在L3030激光切割机切割5mm以上碳素钢板时需要更换7.5″焦距的激光镜片。
 
6. 切割低碳钢时出现非正常火花的解决方法
 
这种情况会影响零件的切割断面光洁度加工质量。此时在其他参数都正常的情况下，应考虑以下情况：激光头喷嘴NOZZEL的损耗，应及时更换喷嘴。在无新喷嘴更换的情况下，应加大切割工作气体压力；喷嘴与激光头连接处螺纹松动。此时应立即暂停切割，检查激光头连接状态，重新上好螺纹。
 
7. 激光切割加工时穿刺点的选择
 
激光切割
加工时激光束的工作原理是：在加工过程中，材料经连续激光的照射后在中心形成一个凹坑，然后由与激光束同轴的工作气流很快将熔融材料去除形成一个孔。此孔类似于线切割的穿线孔，激光束以此孔为加工启始点进行轮廓切割，通常情况下飞行光路激光束的走线方向和被加工零件切割轮廓的切线方向垂直。
 
因此，激光束在开始穿透钢板时到进入零件轮廓切割的这一段时间，其切割速度在矢量方向上将有一个很大的改变，即矢量方向的
90°旋转，由垂直于切割轮廓的切线方向转为与切割轮廓的切线重合，即与轮廓切线的夹角为0°。

这样就会在被加工材料的切割断面上流下比较粗糙的切割面，这主要是在短时间内，激光束在移动中的矢量方向变化很快所至。因此在采用激光切割加工零件时就要注意这方面的情况。一般，在设计零件对表面切割断口没有粗糙度要求时，可以在激光切割编程时不做手动处理，让控制软件自动产生穿刺点；但是，当设计对所要加工的零件切割断面有较高粗糙度要求时，就要注意到这个问题，通常需要在编激光切割程序时对激光束的启始位置做手动调整，即人工对于穿刺点的控制。需要把激光程序原来产生的穿刺点移到需要的合理位置，以达对加工零件表面精度的要求。

等离子切割与火焰切割的比较
 
 
等离子切割是利用具有很高能量密度的高温等离子电弧对切口集中加热，快速熔断的切割技术，等离子切割被认为是中薄板最理想的切割方法之一，以其切割效率高，质量好而倍受用户的欢迎。特别是90年代以来，由于等离子技术的不断改进，其消耗品如电极、喷嘴、涡流环的使用寿命不断提高，使得等离子消耗品的费用大幅度下降，为等离子切割的应用拓宽了广扩的前景。
 
切割质量的比较
 
 切割质量对比，更显现出等离子切割的优越性。等离子切割的工件无毛刺和挂渣，表面光滑无塌边，切割表面光洁度达3，切割精度每米长公差不大于0.5mm，工件变形小，可以代替或省掉机加工工序，通过实际证明，等离子切割的零件不进行机加工完全满足焊接装配质量要求。

 经济效益的比较
采用等离子切割的工件，可以省去机加工的要求，即可以节省机加工设备，每年省去机加工费用几十万元，不仅如此，由于等离子切割的效率高，一台等离子可以代替2－3台火焰切割机，并大大压缩生产作业的面积，提高厂房有效利用效率，其综合效益是非常可观的。
 
 
 
五、结论
 
 
等离子切割机消耗成本与火焰相当，但由于其高效率、高质量、经济效益可观，虽然上一
台等离子切割机一次投资大，但仍旧是最佳选择，建议工厂领导创造条件购进数控等离子切
割机。厂方可在配置上选择一把火焰和一把等离子割枪，这样可以为以后的生产量加大而有
准备。