一種優化激光切割工藝參數的方法

張 燕

（武漢船舶職業技術學院，湖北 武漢 430050）

一種優化激光切割工藝參數的方法

張 燕

（武漢船舶職業技術學院，湖北 武漢 430050）

激光切割工藝參數的確定，一直是激光加工從業人員的工作重點。文章詳細介紹了一種優化激光切割工藝參數的方法，為激光企業員工及院校相關專業學生提供參考。

激光切割；單項變量；工藝參數

1 激光切割的原理及問題

激光切割是利用高能量密度的激光束照射金屬材料，金屬材料被瞬間加熱至可熔化蒸發的溫度，從而以瞬時高溫使金屬材料汽化、蒸發形成孔洞，借助高壓輔助氣體，形成切縫。激光切割因其切割質量好、效率高、可切割的材料多且已實現數控操作等優點，已廣泛的應用于制造業。但在激光切割不銹鋼薄板的應用實例中，切割件常常出現變形、過燒、掛渣等影響產品質量的問題。

2 影響切割質量的參數及解決方法

影響激光切割質量的工藝參數主要有激光功率、切割速度、離焦量、輔助氣體壓力，除此之外像透鏡焦距、噴嘴類型、光束質量等，也會不同程度地對切割質量產生影響。為了提高切割質量，需要對影響切割質量的主要工藝參數進行優化處理，找到其最佳值。下面以激光切割0.5mm不銹鋼板時激光功率的優化處理過程為例，闡述參數優化處理的過程，其他參數的優化與此相同，不再贅述。筆者采取的是單項變量的方法，尋找最佳工藝參數。

（1）激光功率。當激光功率較小時,激光束所提供的全部能量不足以使切割面在很短的時間內快速熔化，同時輔助氣體的壓力不足以很快清除熔融金屬，造成熔融金屬在切口表面的粘附。當其他切割工藝參數不變時，隨著激光功率增大，材料獲得的能量增加,材料表面溫度升高，其熱擴散率也隨之增大,導致熱影響區變寬，使更多切縫處的金屬熔化,切縫寬度隨之增大，切口質量逐漸提高，當激光功率增加到最佳的激光功率范圍時可獲得具有較好切口質量的切縫。如圖1所示。

（2）切割速度。激光切割時速度的變化對切縫寬度有直接影響，切縫寬度隨激光速度的減小而增大。在一定的板厚和切割功率下，有一個最佳的切割速度范圍，在這個切割范圍內時，切縫寬度小且穩定，切割質量高。若切割速度過慢則容易造成材料過熔,切縫變寬.若切割速度過快會導致鋼板無法切透。

（3）離焦量。激光切割時，離焦量的變化對切縫寬度有直接影響（如圖1所示）。離焦量Z=0時切縫寬度最小，不論焦點位置是向上移還是向下移，切縫寬度都會變寬。在一定的板厚和切割功率下，有一個最佳的離焦量范圍，在此離焦量范圍內時，切縫寬度小且穩定，切割質量高。

圖1 切割示意圖

（4）氣體壓力。在確定輔助氣體類型的前提下，輔助氣體的壓力大小是一個極為重要的因素，主要影響切割速度和熔渣量。不同的材料，得到良好的切割質量所需要的輔助氣體壓力也不同。同一材料不同厚度的最佳輔助氣體壓力也不同。厚度小于6mm的不銹鋼板所需要氮氣壓力在0.6～1.5MPa之間。在切割過程中，輔助氣體的作用是，吹掉切割區熔渣，在提高加工能力的同時，保證良好的加工質量。另外，也可以冷卻切縫鄰近區域，減少熱影響區，防止燃燒物損壞透鏡。不銹鋼板的無氧切割中，通常使用氮氣作為輔助氣體，可以使熔融金屬具有良好的流動性。適當增大氣體壓力，由于氣流動量增大，可提高排渣能力，可使無粘渣的切割速度增加；若輔助氣體壓力過高，會在工件表面形成渦流，削弱氣流去除熔融材料的能力，造成切割面較粗糙，切縫較寬;若輔助氣體壓力過低，則吹不走切口處的熔融材料，在被切割材料背面產生熔渣。因此，輔助氣體壓力存在一個最佳值。

3 結語

文章介紹的是一種影響激光切割質量的主要參數優化的方法，也是一種適用性很強的方法。在實際的激光切割中，影響激光切割質量的參數還有很多，目前也都各自找到了解決方法，只是難易程度不同而已。隨著激光產業的迅猛發展，需要在不斷提高激光切割技術的同時，加強實踐應用，積累工作經驗，從而實現激光切割加工技術的不斷進步。

張燕（1968-），女，工程師，教師。