激光切割质量的影响因素讲解

一、切削速度对切削质量的影响

对于给定的激光功率密度和材料，切割速度符合经验公式。只要在通过阈值以上，材料的切割速度就与激光功率密度成正比，即增加功率密度可以提高切割速度。这里的功率密度不仅与激光输出功率有关，还与光束质量有关模式。此外，光束聚焦系统的特性，即聚焦后的光斑大小，对激光切割也有很大的影响。

切割速度与待切割材料的密度(比重)和厚度成反比。

在其他参数不变的情况下，提高切削速度的因素有：增加功率(在一定范围内，如500 ~ 2 000瓦);改善波束模式(例如，从高阶模式到低阶模式到TEM00);减小聚焦光斑的大小(如用短焦距镜头聚焦);切割初始蒸发能量低的材料(如塑料、有机玻璃等)。);切割低密度材料(如白松木，等)。);切割薄材料。

特别是对于金属材料，当其他工艺变量保持不变时，激光切割速度可以有一个相对可调的范围，并且仍然保持令人满意的切割质量，这比切割薄金属时的厚零件的切割质量稍宽。有时，切割速度慢也会导致排出的热熔材料烧蚀口部表面，使切割表面非常粗糙。

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有很大影响，所以透镜焦距的选择是一个重要问题。聚焦后激光束的光斑大小与透镜的焦距成正比。短焦距透镜聚焦后的光束光斑尺寸很小，聚焦处的功率密度很高，有利于材料切割。但是，它的缺点是焦深短，调整余量小，一般适用于高速切削薄材料。由于远摄镜头具有较宽的焦深，只要有足够的功率密度，就更适合切割较厚的工件。

在确定使用哪个焦距透镜后，焦点和工件表面之间的相对位置对于确保切割质量尤为重要。由于焦点处的功率密度高，在大多数情况下，切割时焦点仅在工件表面或略低于表面。在整个切割过程中，保证焦点与工件之间的相对位置恒定是获得稳定切割质量的重要条件。有时，当镜头因冷却不良而被加热时，焦距会发生变化，因此有必要及时调整焦距位置。

当焦点处于位置时，切割槽小，效率高，切割速度可获得切割效果。

在大多数应用中，光束焦点被调整到喷嘴正下方。通常，喷嘴和工件表面之间的距离约为1.5毫米

三、辅助气体压力对切割质量的影响

一般来说，材料切割需要辅助气体，问题主要涉及辅助气体的类型和压力。通常，辅助气体与激光束同轴喷射，以保护透镜免受污染并吹走切割区底部的熔渣。对于非金属材料和一些金属材料，使用压缩空气或惰性气体去除熔化和蒸发的材料，同时抑制切割区域的过度燃烧

对于大多数金属激光切割，活性气体(只要是O2)被用来与热金属形成氧化放热反应，这种额外的热量可以将切割速度提高1/3 ~ 1/2。

在保证辅助气体的前提下，气体压力是一个极其重要的因素。当高速切割薄材料时，需要高气压来防止切渣粘在切割的背面(热渣粘在工件上也会损坏切边)。当材料厚度增加或切割速度变慢时，应适当降低气压。为了防止塑料切边结霜，用较低的气压切割。

激光切割实践表明，当辅助气体为O2时，其纯度对切割质量有明显影响。O2纯度降低2%将使切割速度降低50%，并导致切口质量显著恶化。

第四，激光输出功率对切割质量的影响

对于连续波激光器，激光功率和模式将对切割产生重要影响。在实践中，大功率通常被设定为获得更高的切割速度或切割更厚的材料。然而，光束模式(光束能量在横截面中的分布)有时更重要，并且当输出功率增加时，模式通常变得稍微差一些。通常可以发现，在小于大功率的情况下，在焦点处可以获得高的功率密度和佳的切割质量。模式在激光器的整个有效工作寿命期间不一致。模式机制将受到光学元件条件、激光工作气体混合物的微小变化和流量波动的影响。

综上所述，虽然影响激光切割的因素是复杂的，但是切割速度、聚焦位置、辅助气体压力和激光功率以及模式结构是四个重要的变量。在切割过程中，如果发现切割质量明显下降，有必要检查上述因素并及时控制。

V.工件特性对切削质量的影响

以下因素对激光切割质量甚至切割能力影响大：

1.材料表面的反射率

对于CO2激光器发射的10.6毫米远红外线光束，非金属材料吸收良好，即吸收率高，而表面金属材料吸收10.6毫米光束较差，特别是金、银、铜和铝的反射率高，一般不适合用CO2激光束切割，尤其是连续波光束。对于铝和铜，通常需要超过3千瓦才能形成足够的初始功率，以获得穿透所需的初始小孔效果。

黑色金属钢材、镍、钛等。对10.6毫米的CO2光束有一定的吸收率，特别是当材料表面被加热到一定温度或氧化膜时，其吸收率会大大提高，从而获得更好的切割效果。

对于不透明材料，吸收率为(1-反射率)，这与材料表面状态、温度和波长有关。

材料对光束的吸收率在加热的初始阶段起着重要的作用，但是一旦工件中的小孔形成，小孔的黑体效应使得材料对光束的吸收率接近100%。

2.材料的表面状态

材料的表面状态直接影响光束的吸收，特别是表面粗糙度和表面氧化层会引起表面吸收率的明显变化。在激光切割实践中，有时可以利用材料表面状态对光束吸收率的影响来提高材料的切割性能。