不銹鋼薄板激光切孔工藝研究

施曉斌博雷（中國）控制系統有限公司

不銹鋼薄板激光切孔工藝研究

施曉斌
博雷（中國）控制系統有限公司

激光打孔技術利用高能量密度的激光束作用在材料表面，使材料氣化，從而去除材料實現打孔。相比于其它小孔加工方法，激光打孔更具有優越性，是激光加工的主要應用領域之一。本實驗使用連續光纖激光器，以0.3mm的不銹鋼薄板為實驗材料，進行激光打孔的實驗，以激光功率，切割速度，加速度/減速度，調制頻率作為四個探究因素研究孔質量的改變。實驗結果表明，將各個因素進行綜合分析才能得到好的打孔效果。

連續激光器；不銹鋼薄板；激光切孔

一、引言

激光打孔技術的主要原理是：當具有高能量高密度的激光束打在材料的表面時，激光束使材料汽化，材料被部分去除，達到打孔的目的。激光打孔是一種具有廣泛應用和高效率的打孔方式。本實驗使用連續激光器為實驗器械，以厚度為0.3mm的不銹鋼鋼板為實驗材料，進行激光打孔的研究。探究的實驗因素是激光功率，切割速度，加速度/減速度，調制頻率，分別探究它們對孔徑質量的影響。

二、實驗設備

本實驗的主要器械是光纖激光切割機，這種機器的主要原理是：使用光纖激光器發射激光，發射出來的激光具有一定的能量和功率，使用控制軟件，將連續激光調制，變成脈沖光，利用光學垂直系統，讓脈沖光射到材料的表面，移動微機控制工作臺，就可以切割各種材料了。本實驗的激光波長為1.06um，切割孔的直徑0.5mm，聚焦鏡的焦距為50mm，聚焦后的光斑的直徑0.05mm，最大功率為500w。

三、工藝實驗

（一）實驗因素一：激光功率對于孔的質量的影響

調節器械，保證不銹鋼薄板處于激光打孔器的光斑焦點位置。將器械的調制頻率設為1kHz，速度為30mm/s，加速度/減速度的值為10mm/s，占空比為50%。通過實驗的曲線圖，我們可以分析得知，當激光的功率低于10%的情況下，無法打孔，激光無法將0.3mm厚的不銹鋼板射穿。激光功率增大后，孔徑隨之增加。在激光功率高于50%以后，孔的表面將出現嚴重的氧化問題，此時的孔下將有沾渣的出現。所以，激光打孔時，功率不能太大，也不能太小。在現有參數下，30%的激光功率，打孔效果較好。

（二）實驗因素二：切割速度對于孔的質量的影響

調節器械，保證不銹鋼薄板處于激光打孔器的光斑焦點位置。將器械的調制頻率設為1kHz,加速度/減速度的值為10mm/s，占空比為50%，激光功率50%。如果切割速度太低，光斑部分出現很多重疊，將很有可能使材料表面出現嚴重的氧化現象，同時會出現孔的邊緣粗糙，出現材料殘渣的相關問題[1]。通過實驗的曲線圖，我們可以分析得知，當切割速度變大的時候，打孔效果會變得更好，但是如果切割速度過大，會出現嚴重問題，比如達不到鋼板的氣化值，沒有辦法打出完整的孔等等。一般來說，切割速度為50mm/s的時候，打孔的效果較好。

（三）實驗因素三：加速度/減速度對于孔的質量的影響

調節器械，保證不銹鋼薄板處于激光打孔器的光斑焦點位置。將器械的調制頻率設為1kHz，，占空比為50%，切割速度30mm/s，激光功率50%。理論上來說，當加速度/減速度的值變大的時候，打出來的孔的邊緣將會變得粗糙，孔的反面的粗糙度很高，并有明顯材料殘渣出現，如果在加速度/減速度高于5050mm/s的情況下，激光打出來的孔的邊緣就會有齒狀的痕跡。通過實驗的曲線圖，我們可以分析得知，在現有參數條件下，加速度/減速度的值不高于40，孔的質量較好。或者，現有參數條件下，加速度/減速度的值為10左右，孔的質量也較好。

（四）實驗因素四：調制頻率對于孔的質量的影響

調節器械，保證不銹鋼薄板處于激光打孔器的光斑焦點位置。將器械的調制頻率設為1kHz，，占空比為50%，切割速度30mm/s，激光功率50%。加速度/減速度10 mm/s。從理論上來說，如果調制頻率的值比較低的話，那么激光打孔的孔徑邊緣會出現嚴重的氧化問題。當調制頻率不斷變大的時候，孔徑邊緣的氧化問題就會慢慢得到遏制[2]。一般來說，如果調制頻率在1到1.5之間，那么此時孔徑邊緣的氧化現象比少，孔的邊緣粗糙度比較低，材料的殘渣出現也較少。如果調制頻率不斷繼續變大，孔邊緣的氧化問題又會重新變大，孔徑邊緣粗糙度繼續增大。因此，現有參數條件下，調制頻率的值在1到1.5之間會有良好的激光打孔質量。

四、結論

本實驗采用了連續型的光纖激光器為實驗器械，采用厚度為0.3mm的不銹鋼鋼板作為實驗材料，探究四個不同因素對于孔質量的影響。這四個實驗因素分別是激光功率，切割速度，加速度/減速度，調制頻率。在激光打孔時，功率過大導致孔徑邊緣嚴重的氧化問題，激光功率越大，孔的直徑越大。當器械的切割速度變大，孔的質量變好，但是如果切割速度過大，會無法進行激光打孔。當加速度/減速度變大的時候，孔徑邊緣粗糙度明顯增加，如果加速度/減速度的值過大，會在孔徑邊緣出現嚴重的氧化問題。調制頻率必須保持合適的值，否則也會出現氧化問題。因此，在激光打孔的實際操作中，較好的參數設計是：激光功率40%，切割速度30mm/s，加速度/減速度20mm/s，調制頻率1,占空比40%。

[1]孫冬麗.不銹鋼薄板激光切孔工藝研究[J].山東工業技術, 2013,（13）：23+40.

[2]王金鳳,陳銀銀.不銹鋼薄板激光焊接工藝研究[J].熱加工工藝,2012,（01）：108-110.