保證雷射切割質量的主要因素

　　在使用雷射切割機的過程中，如何最大限度保證雷射切割質量呢？切割速度、焦點位置的調整、輔助氣體壓力、雷射輸出功率和工件特性等是幾大影響雷射切割質量的主要因素。除此之外，工件夾緊裝置對保證切割質量也至關重要，因為在雷射切割過程中，熱和應力釋放遍及整個工件，為此必須考慮採用相適應的固定工件方法，以避免引起工件移動，影響切割工件尺寸的準確性。       

 

華工雷射法利萊雷射切割機

一、切割速度對切割質量的影響

　　對給定的雷射功率密度和材料，切割速度符合於一個經驗式，只要在通閾值以上，材料的切割速度與雷射功率密度成正比，即增加功率密度可提高切割速度。這裡所指的功率密度不但與雷射輸出功率有關，而且與光束質量模式有關。另外，光束聚焦系統的特徵，即聚焦後的光斑大小也對雷射切割有很大的影響。

　　切割速度與被切割材料的密度（比重）和厚度成反比。

　　當其他參數保持不變，提高切割速度的因素是：提高功率（在一定範圍內，如500～2 000W）；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（如採用短焦距透鏡聚焦）；切割低起始蒸發能的材料（如塑料、有機玻璃等）；切割低密度材料（如白松木等）；切割薄型材料。

　　特別對金屬材料而言，在其他工藝變量保持恆定的情況下，雷射切割速度可以有一個相對調節範圍而仍能保持較滿意的切割質量，這種調節範圍在切割薄金屬時顯得比厚件稍寬。有時，切割速度偏慢也會導致排出熱融材料燒蝕口表面，使切面很粗糙。

二、焦點位置調整對切割質量的影響

　　由於雷射功率密度對切割速度影響很大，透鏡焦長的選擇是個重要問題。雷射束聚焦後光斑大小與透鏡焦長成正比，光束經短焦長透鏡聚焦後光斑尺寸很小，焦點處功率密度很高，對材料切割很有利；但它的缺點是焦深很短，調節餘量小，一般比較適用於高速切割薄型材料。由於長焦長透鏡有較寬焦深，只要具有足夠功率密度，比較適合切割厚工件。

　　在確定使用何種焦長的透鏡以後，焦點與工件表面的相對位置對保證切割質量尤為重要。由於焦點處功率密度最高，大多數情況下，切割時焦點位置剛處在工件表面，或稍微在表面以下。在整個切割過程中，確保焦點與工件相對位置恆定是獲得穩定的切割質量的重要條件。有時，透鏡工作中因冷卻不善而受熱從而引起焦長變化，這就需要及時調整焦點位置。

　　當焦點處於最佳位置時，割縫最小、效率最高，最佳切割速度可獲得最佳切割結果。

　　在大多數應用情況下，光束焦點調整到剛處於噴嘴下。噴嘴與工件表面間距一般為1.5mm左右。

三、輔助氣體壓力對切割質量的影響

　　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，輔助氣體與雷射束同軸噴出，保護透鏡免受汙染並吹走切割區底部熔渣。對非金屬材料和部分金屬材料，使用壓縮空氣或惰性氣體，清除融化和蒸發材料，同時抑制切割區過度燃燒。

　　對大多數金屬雷射切割則使用活性氣體（只要是O2），形成與熾熱金屬發生氧化放熱反應，這部分附加熱量可提高切割速度1/3～1/2。

　　在確保輔助氣體前提下，氣體壓力大小是個極為重要的因素。當高速切割薄型材料時，需要較高的氣體壓力以防止切口背面粘渣（熱粘渣到工件上還會損傷切邊）。當材料厚度增加或切割速度較慢時則氣體壓力宜適當降低，為了防止塑料切邊霜化，也以較低氣體壓力切割為好。

　　雷射切割實踐表明，當輔助氣體為O2時，它的純度對切割質量有明顯影響。O2純度降低2%會降低50%的切割速度，並導致切口質量顯著變差。

四、雷射輸出功率對切割質量的影響

　　對連續波輸出的雷射器來說，雷射功率大小和模式好壞都會對切割發生重要影響。實際操作時，常常設置最大功率以獲得較高的切割速度，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）有時顯得更加重要，而且，當提高輸出功率時，模式常隨之稍有變差。常可發現，在小於最大功率狀況下焦點處卻獲得最高功率密度，並獲得最佳切割質量。在雷射器整個有效工作壽命期間，模式並不一致。光學元件的狀況、雷射工作混合氣體細微的變化和流量波動，都會影響模式機構。

　　綜上所述，雖然影響雷射切割的因素較為複雜，但切割速度、焦點位置、輔助氣體壓力和雷射功率及模式結構是4個最重要的變量。在切割過程中，如發現切割質量明顯變差，就首先要檢查以上討論的因素並及時加以調控。