解析如何控制激光切割机的切割质量

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很多企业使用激光切割机都非常关心：如何使用激光切割机加工出质量的好工件？ 下面我们来给大家说说如何控制激光切割机的切割质量。总结出几点影响切割质量的因素：切割速度、焦点位置、辅助气体、激光输出功率以及工件特性！我们就来逐一给大家分析一下：

一、切割速度对切割质量的影响

对给定的激光功率密度和材料，切割速度符合于一个经验式，只要在通阈值以上，材料的切割速度与激光功率密度成正比，即增加功率密度可提高切割速度。这里所指的功率密度不但与激光输出功率有关，而且与光束质量模式有关。另外，光束聚焦系统的特征，即聚焦后的光斑大小也对激光切割有很大的影响。

切割速度与被切割材料的密度（比重）和厚度成反比。当其他参数保持不变，提高切割速度的因素是：提高功率（在一定范围内，如500～2 000W）；改善光束模式（如从高阶模到低阶模直至TEM00）；减小聚焦光斑尺寸（如采用短焦距透镜聚焦）；切割低起始蒸发能的材料（如塑料、有机玻璃等）；切割低密度材料（如白松木等）；切割薄型材料。

特别对金属材料而言，在其他工艺变量保持恒定的情况下，激光切割速度可以有一个相对调节范围而仍能保持较满意的切割质量，这种调节范围在切割薄金属时显得比厚件稍宽。有时，切割速度偏慢也会导致排出热融材料烧蚀口表面，使切面很粗糙。

二、焦点位置调整对切割质量的影响

由于激光功率密度对切割速度影响很大，透镜焦长的选择是个重要问题。激光束聚焦后光斑大小与透镜焦长成正比，光束经短焦长透镜聚焦后光斑尺寸很小，焦点处功率密度很高，对材料切割很有利；但它的缺点是焦深很短，调节余量小，一般比较适用于高速切割薄型材料。由于长焦长透镜有较宽焦深，只要具有足够功率密度，比较适合切割厚工件。

在确定使用何种焦长的透镜以后，焦点与工件表面的相对位置对保证切割质量尤为重要。由于焦点处功率密度高，大多数情况下，切割时焦点位置刚处在工件表面，或稍微在表面以下。在整个切割过程中，确保焦点与工件相对位置恒定是获得稳定的切割质量的重要条件。有时，透镜工作中因冷却不善而受热从而引起焦长变化，这就需要及时调整焦点位置。

当焦点处于较佳位置时，割缝较小、效率较高，较佳切割速度可获得较佳切割结果。

在大多数应用情况下，光束焦点调整到刚处于喷嘴下。喷嘴与工件表面间距一般为1.5mm左右。

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三、辅助气体压力对切割质量的影响

一般情况下，材料切割都需要使用辅助气体，问题主要牵涉到辅助气体的类型和压力。通常，辅助气体与激光束同轴喷出，保护透镜免受污染并吹走切割区底部熔渣。对非金属材料和部分金属材料，使用压缩空气或惰性气体，处理融化和蒸发材料，同时抑制切割区过度燃烧。

对大多数金属激光切割则使用活性气体（只要是O2），形成与炽热金属发生氧化放热反应，这部分附加热量可提高切割速度1／3～1／2。

在确保辅助气体前提下，气体压力大小是个极为重要的因素。当高速切割薄型材料时，需要较高的气体压力以防止切口背面粘渣（热粘渣到工件上还会损伤切边）。当材料厚度增加或切割速度较慢时则气体压力宜适当降低，为了防止塑料切边霜化，也以较低气体压力切割为好。

激光切割实践表明，当辅助气体为氧气时，它的纯度对切割质量有明显影响。氧气纯度降低2％会降低50％的切割速度，并导致切口质量明显变差。

四、激光输出功率对切割质量的影响

对连续波输出的激光器来说，激光功率大小和模式好坏都会对切割发生重要影响。实际操作时，常常设置较大功率以获得较高的切割速度，或用以切割较厚材料。但光束模式（光束能量在横断面上的分布）有时显得更加重要，而且，当提高输出功率时，模式常随之稍有变差。常可发现，在小于大功率状况下焦点处却获得较高功率密度，并获得较佳切割质量。在激光器整个有效工作寿命期间，模式并不一致。光学元件的状况、激光工作混合气体细微的变化和流量波动，都会影响模式机构。

综上所述，虽然影响激光切割的因素较为复杂，但切割速度、焦点位置、辅助气体压力和激光功率及模式结构是4个很重要的变量。在切割过程中，如发现切割质量明显变差，就首先要检查以上讨论的因素并及时加以调控。

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