激光切割断面分析(激光切割不锈钢厚板的工艺要求)

Posted 2023-06-01

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激光切割断面分析(激光切割不锈钢厚板的工艺要求)

随着经济的日益发展，不锈钢中厚板的应用领域越来越广泛，它所制造出来的产品现已广泛应用在于建筑工程、机械制造、容器制造、造船、桥梁建造等行业。现在不锈钢厚板的切割加工方式主要以激光切割为主，而要想达到高质量切割效果就需要掌握一定的工艺技巧。

一般来说，中板是指厚度10.0-25.0mm的钢板，厚度25.0-60.0mm的称为厚板，厚度超过60.0mm的为特厚板。

一、激光切割厚板优劣的标准

1、粗糙度

激光切割断面会形成竖直的纹路，纹路的深度决定了切割表面的粗糙度，纹路越浅，切割断面就越光滑，纹路越深，断面则越粗糙。纹路越浅，切割质量就越高。

2、垂直度

对于厚钣金来说，切割边缘的垂直度是非常重要的。远离焦点时，激光束变得发散，可能导致切缝上下宽度不一致；切割边缘偏离垂直线过多，会导致工件不够标准，难以使用；边缘越垂直，则切割质量越高。

3、切割宽度

切割宽度决定轮廓的内径，在实际切割时，需要调整参数，对切割掉的材料进行补偿，以保证工件为所需要的尺寸。

4、纹路

高速切割厚板时，熔融金属没有由垂直激光束下方的切口里喷出，反而在激光束偏后处喷出来。这样就会在切割边缘形成弯曲的纹路。解决这个问题，需要在切割加工结尾时降低进给速率，这样可以大大消除纹路的形成。

5、毛刺

毛刺的有无及多少是决定激光切割质量的一个非常重要的影响因素，毛刺的去除需要额外的工作量，这些都会计算在时间和人工成本里。所以，有无毛刺，是判断激光切割是否合格的基础标准。

6、热影响区域

热影响区域指的是内部结构发生变化的区域的深度。激光切割中，切口附近的金属区域被加热，这可能会导致金属的结构发生变化。例如，一些金属会发生硬化。

7、变形

如果切割使得部件急剧加热，它就会变形，精细加工中这一点尤为重要。控制激光功率以及使用短激光脉冲可以减少部件变热，避免变形。

二、激光切割不锈钢厚板的工艺要求

1、喷嘴选型

喷嘴直径大小决定了进入切口的气流形状、气体扩散面积、气体流速，从而影响了熔融物去除、切割的稳定情况。进入切口的气流量大、速度快、工件在气流中的位置恰当，喷射去除熔融物的能力越强。不锈钢越厚，喷嘴应使用越大，比例阀设置越大，增大流量，才能确保压力，才能切割出正常断面效果。

规格：喷嘴的规格在这里主要指端部孔径，以Precitec的切割喷嘴为例，其孔径从1.5mm到5.0mm。孔径的选择主要同切割功率有关，功率越大，产生的热量就越多，就需要越大的气量。当我们切3mm以下的板材时，一般选用2.0mm孔径的喷嘴；切3mm到10mm的板材时，选用3.0mm的喷嘴，切10mm以上的板材时，就要用到3.5及以上的喷嘴了。

单双层喷嘴：一般来说，氧化切割（辅助气体是氧气）用双层喷嘴，熔融切割（辅助气体是氮气）用单层喷嘴。但有些激光器有专门的说明，用单层还是双层，这种情况下，就按激光器说明书操作。

△3.5孔径单层喷嘴

2、辅助气体选择和气体纯度

不锈钢激光切割加工中经常会用到各种辅助气体，例如氧气、氮气、空气等，使用不同的气体类型，切割断面的效果不同。氧气是黑色断面，空气为淡黄色，氮气可保持不锈钢原色不被氧化。不锈钢切割以氮气为首选辅助气体。

建议氧气和氮气纯度：

【氧气】

优点：切割速度高，能切割厚板料

纯度建议：≥99.999%

【氮气】

优点：避免切割边的氧化,工件因此不需再重新加工

纯度建议：≥99.995%

3、焦点位置

焦点不一样，所能切割的厚度、材质、品质也不一样，切割不同的材质和厚度，都需要调节成不同的焦点。切割前，测量出实际零焦点，以零焦点为基准才能够进行切割工艺参数的测试和分析，不锈钢切割以负离焦为主要工艺选择方向。

4、激光频率调整、脉冲占空比对切割质量的影响

频率变化对不锈钢厚板切割的影响：

频率从500－100Hz范围减小，切割断面效果变细腻，分层慢慢改善。频率设置到100Hz时，无法切割，反蓝光。通过频率的改变，找出最佳频率范围。为确保最佳切割断面，必须保证脉冲次数与单脉冲能量完美匹配。

脉冲占空比变化对不锈钢厚板切割的影响：

脉冲占空比45％是临界值，继续降低占空比，下表面出现未切透痕迹，占空比增大到60％，断面变粗糙，分层明显，切割表面发黄。

脉冲占空比是指每一脉冲中光束照射时间所占的比例。频率就是一个脉冲里峰值功率出现的次数，占空比就是在一个脉冲里，峰值功率也低谷功率的比值。