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武漢華俄激光工程有限公司

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如何控制激光切割機的切割質量

很多企業使用激光切割機都非常關心:如何使用激光切割機加工出質量的好工件? 下面華俄激光的工程師來給大家說說如何控制激光切割機的切割質量。總結出幾點影響切割質量的因素:切割速度、焦點位置、輔助氣體、激光輸出功率以及工件特性!我們就來逐一給大家分析一下:

1.切割速度對切割質量的影響

對給定的激光功率密度和材料,切割速度符合于一個經驗式,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高切割速度。這里所指的功率密度不但與激光輸出功率有關,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(在一定范圍內,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(如采用短焦距透鏡聚焦);切割薄型材料。

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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相對調節范圍而仍能保持較滿意的切割質量,這種調節范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。

2.焦點位置調整對切割質量的影響

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,光束經短焦長透鏡聚焦后光斑尺寸很小,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,調節余量小,一般比較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,比較適合切割厚工件。

在確定使用何種焦長的透鏡以后,焦點與工件表面的相對位置對保證切割質量尤為重要。由于焦點處功率密度高,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恒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。

當焦點處于較佳位置時,割縫較小、效率較高,較佳切割速度可獲得較佳切割結果。

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

3.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,輔助氣體與激光束同軸噴出,保護透鏡免受污染并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,處理融化和蒸發材料,同時抑制切割區過度燃燒。

對大多數金屬激光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。

激光切割實踐表明,當輔助氣體為氧氣時,它的純度對切割質量有明顯影響。氧氣純度降低2%會降低50%的切割速度,并導致切口質量明顯變差。

4.激光輸出功率對切割質量的影響

對連續波輸出的激光器來說,激光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,常常設置較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,在小于大功率狀況下焦點處卻獲得較高功率密度,并獲得較佳切割質量。在激光器整個有效工作壽命期間,模式并不一致。光學元件的狀況、激光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,雖然影響激光切割的因素較為復雜,但切割速度、焦點位置、輔助氣體壓力和激光功率及模式結構是4個很重要的變量。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并及時加以調控。

 


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