如何最大限度保證激光切割質(zhì)量

1、如何最大限度保證激光切割質(zhì)量在使用激光切割機(jī)的過程中,如何最大限度保證激光切割質(zhì)量呢？華工激光法利萊提 示您,切割速度、焦點(diǎn)位置的調(diào)整、輔助氣體壓力、激光輸出功率和工件特性等是幾大影 響激光切割質(zhì)量的主要因素.除此之外,工件夾緊裝置對保證切割質(zhì)量也至關(guān)重要,由于 在激光切割過程中,熱和應(yīng)力釋放普及整個(gè)工件,為此必須考慮采用相適應(yīng)的固定工件方 法,以預(yù)防引起工件移動(dòng),影響切割工件尺寸的準(zhǔn)確性.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(gè)經(jīng)驗(yàn)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升切割速度.這里所指的功率 密度不但與激光輸出功率

2、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,提升切割速度的因素是：提升功率在一定范圍內(nèi),如5002000W ;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(gè) 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(shí)顯得比厚件稍 寬.有時(shí),切割速度偏慢也會(huì)導(dǎo)致排出熱融材料燒

3、蝕口外表,使切面很粗糙.二、焦點(diǎn)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(gè)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(diǎn)處功率密度 很高,對材料切割很有利；但它的缺點(diǎn)是焦深很短,調(diào)節(jié)余量小,一般比擬適用于高速切 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,比擬適合切割厚工件.在確定使用何種焦長的透鏡以后,焦點(diǎn)與工件外表的相對位置對保證切割質(zhì)量尤為重 要.由于焦點(diǎn)處功率密度最高,大多數(shù)情況下,切割時(shí)焦點(diǎn)位置剛處在工件外表,或稍微 在外表以下.在整個(gè)切割過程中,保證焦點(diǎn)與工件相對位置恒定是獲得穩(wěn)定的切割

4、質(zhì)量的 重要條件.有時(shí),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(shí)調(diào)整焦 點(diǎn)位置.當(dāng)焦點(diǎn)處于最正確位置時(shí),割縫最小、效率最高,最正確切割速度可獲得最正確切割結(jié)果.在大多數(shù)應(yīng)用情況下,光束焦點(diǎn)調(diào)整到剛處于噴嘴下.噴嘴與工件外表間距一般為 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.對非金屬 材料和局部金屬材料,使用壓縮空氣或惰性氣體,去除融化和蒸發(fā)材料,同時(shí)抑制切割區(qū) 過度燃燒.對大多數(shù)金屬激光切割那么使用活性氣體只要是O2,形成與

5、熾熱金屬發(fā)生氧化放熱反響,這局部附加熱量可提升切割速度1/31/2.在保證輔助氣體前提下,氣體壓力大小是個(gè)極為重要的因素.當(dāng)高速切割薄型材料時(shí), 需要較高的氣體壓力以預(yù)防切口反面粘渣熱粘渣到工件上還會(huì)損傷切邊.當(dāng)材料厚度 增加或切割速度較慢時(shí)那么氣體壓力宜適當(dāng)降低,為了預(yù)防塑料切邊霜化,也以較低氣體壓 力切割為好.激光切割實(shí)踐說明,當(dāng)輔助氣體為 O2時(shí),它的純度對切割質(zhì)量有明顯影響.O2純度降低2於降低50%勺切割速度,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(huì)對切割發(fā)生重要影響.實(shí) 際操作時(shí),常常設(shè)置最大功率以獲得較高的切割速

6、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(shí)顯得更加重要,而且,當(dāng)提升輸出功率時(shí),模式常隨 之稍有變差.?？砂l(fā)現(xiàn),在小于最大功率狀況下焦點(diǎn)處卻獲得最高功率密度,并獲得最正確 切割質(zhì)量.在激光器整個(gè)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(dòng),都會(huì)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(diǎn)位置、輔助氣體壓 力和激光功率及模式結(jié)構(gòu)是 4個(gè)最重要的變量.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(shí)加以調(diào)控.五、工件特性對切割質(zhì)量的影響對激光切割質(zhì)量甚至能否切割影響最大的有如下因素：

7、1 .材料外表反射率對CO2敷光器發(fā)射出的10.6mm遠(yuǎn)紅外光束來說,非金屬材料對它吸收較好,即具有 高的吸收率,面金屬材料那么對 10.6mm光束吸收較差,特別是具有高反射率的金、銀、銅 和鋁金屬等,對這類材料一般不適宜用CO湍光束,特別是連續(xù)波光束來切割.對鋁、銅金屬而言,要形成足夠的起始功率一般需要3kW以上,以獲得穿透效果所需要的初始小孔.黑色金屬鋼鐵類材料及銀、鈦等對10.6mm的CO2光束有一定吸收率,特別是當(dāng)材料外表加熱到一定溫度或氧化膜以后,其吸收率還會(huì)大幅度提升,從而獲得較好的切割效果.對不透明材料,吸收率=(1-反射率),與材料外表狀態(tài)、溫度及波長有關(guān).材料對光束的吸收率大

8、小在加熱起始階段具有重要作用,但一旦工件內(nèi)部小孔形成,小孔的黑體效應(yīng)使材料對光束的吸收率接近100%2 .材料外表狀態(tài)材料的外表狀態(tài)直接影響對光束的吸收,尤其是外表粗糙度和外表氧化層會(huì)造成外表 吸收率的明顯變化.在激光切割實(shí)踐中,有時(shí)可利用材料外表狀態(tài)對光束吸收率的影響來 改善材料的切割性能.六、其他因素對切割質(zhì)量的影響1 .割炬和噴嘴的影響割炬的設(shè)計(jì)和制造對獲得良好切割質(zhì)量產(chǎn)生著重要影響,特別是噴嘴.噴嘴如選用不當(dāng)或維護(hù)不善易造成污染或損傷,或者由于噴嘴口的圓度不好或因熱金 屬飛濺引起局部堵塞,都會(huì)在噴嘴中形成渦流,導(dǎo)致切割性能明顯變差.有時(shí),噴嘴口與 聚焦光束不同軸,形成光束剪切噴嘴邊緣,

9、也會(huì)影響切邊質(zhì)量,增加切縫寬度和使切割尺 寸錯(cuò)位.對噴嘴來說,要特別注意兩個(gè)問題.(1)噴嘴直徑的影響.噴嘴口大小對切割速度有一定的影響,噴嘴口大小也影響出 口處壓力分布.噴嘴直徑增加,由于噴氣流對切割區(qū)母材的強(qiáng)烈冷卻作用使熱影響區(qū)變窄, 但也會(huì)導(dǎo)致切縫過寬,而噴嘴大小會(huì)引起準(zhǔn)直困難,噴嘴口有被光束削截的危險(xiǎn),而且, 切縫過窄,在高的切割速度下會(huì)阻礙熔渣的順利排出.(2)噴嘴與工件外表間距的影響.噴嘴與工件間距直接影響噴嘴氣流與工件切縫的 耦合.噴嘴口太靠近工件外表,對透鏡會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的返回壓力,減弱了對濺散切割產(chǎn)物質(zhì) 點(diǎn)的驅(qū)散水平,對切割質(zhì)量有不利影響,但距離太遠(yuǎn)又會(huì)造成不必要的動(dòng)能損失,對有

10、效 切割也不利.一般,噴口與工件間距限制在12mn宜,現(xiàn)代激光切割系統(tǒng)的割炬都配有電感或電容式傳感器反響裝置,以自動(dòng)調(diào)節(jié)兩者距離在預(yù)先設(shè)定的高度范圍內(nèi).2 .外光路系統(tǒng)的影響激光器射出的原始光束是經(jīng)過外光路系統(tǒng)的傳輸(包括反射和透射),以極高的功率 密度準(zhǔn)確地照射到工件的外表.外光路系統(tǒng)的光學(xué)元件應(yīng)定期檢查、及時(shí)調(diào)整,保證當(dāng)切割炬在工件上方運(yùn)行時(shí),光 束正確地傳輸?shù)酵哥R中央并聚焦成很小的光點(diǎn),對工件進(jìn)行高質(zhì)量切割.一旦其中任何一 光學(xué)元件位置發(fā)生變化或受到污染,都會(huì)影響切割質(zhì)量,甚至造成切割不能進(jìn)行.外光路鏡片受到氣流中雜質(zhì)污染和切割區(qū)飛濺質(zhì)點(diǎn)粘結(jié),或者鏡片冷卻缺乏,都會(huì)使 鏡片發(fā)生過熱,影響

11、光束能量傳輸.引起光路準(zhǔn)直度飄移而導(dǎo)致嚴(yán)重后果,透鏡過熱還會(huì) 產(chǎn)生焦點(diǎn)失真,甚至危及透鏡本身.光學(xué)元件一旦受到污染甚至粘上切割產(chǎn)物小質(zhì)點(diǎn),對它的清理是個(gè)極為重要而往往會(huì) 被無視的問題,下面列出一些清洗要點(diǎn)：(1)透鏡的清洗：把擦鏡頭紙彎成幾折,用幾滴分析純丙酮浸濕；用浸濕的鏡頭紙 輕輕擦拭鏡頭外表,注意不能用手指壓鏡片；反復(fù)幾次,直到鏡片外表清潔、沒有污垢和 殘存痕跡留在鏡面；用干空氣吹干；必要時(shí)可把用幾滴丙酮弄濕的鏡頭紙卷成桿,輕輕地 擦洗鏡片外表,以去除重污滴.要注意的是丙酮易從空氣中吸收潮氣和水分污染丙酮本身,所以要蓋緊丙酮瓶,千萬 不要將清洗后剩下的丙酮液倒回到新的丙酮瓶中.(2)反射鏡鏡片的清洗