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激光切割的工件效果不好如何改善

作者: 郑州百维 时间:2017-11-09 来源:百维激光
摘要:激光切割是材料吸收光能并转化为热能,并使材料熔化、汽化的过程。激光切割的过程一般分为四个步骤:①激光器输出高能量密度的激光束。②光束通过聚焦镜,被聚焦,能量高度集...

激光切割是材料吸收光能并转化为热能,并使材料熔化、汽化的过程。激光切割的过程一般分为四个步骤:①激光器输出高能量密度的激光束。②光束通过聚焦镜,被聚焦,能量高度集中。③聚焦后的光束从喷嘴中心通过,喷嘴内喷出切割辅助气体,其轴心与光路相同。④在激光束和切割气体的共同作用下,切割材料迅速加热、氧化与蒸发,达到切割目的。
在进行激光切割加工时,经常会有各种各样的原因造成切割件质量较差,那么都有哪些原因会影响激光切割质量呢?了解了会影响切割质量的因素之后就知道如何对症下药改善切割件质量了。影响切割质量的因素主要有以下几种:
 
一、切割速度调整
 
在激光功率密度和材料一定的情况下,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、改善光束模式、减小聚焦光斑尺寸、切割低起始蒸发能的材料、切割低密度材料、切割薄型材料等。
 
二、焦点位置调整
 
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领先高,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。
当焦点处于领先佳位置时,割缝领先小、效率领先高,领先佳切割速度可获得领先佳切割结果。
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
 
三、辅助气体压力
 
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,清除融化和蒸发材料,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,气体压力大小是个非常为重要的因素。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O2时,它的纯度对切割质量有明显影响。O2纯度降低2%会降低50%的切割速度,并导致切口质量显著变差。
 
四、激光输出功率
 
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,常常设置领先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,在小于领先大功率状况下焦点处却获得领先高功率密度,并获得领先佳切割质量。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个领先重要的变量。在切割过程中,如发现切割质量明显变差,就优先要检查以上讨论的因素并及时加以调控。

五、工件特性
 
1、材料表面反射率:对CO2激光器发射出的10.6mm远红外光束来说,非金属材料对它吸收较好,即具有高的吸收率,面金属材料则对10.6mm光束吸收较差,特别是具有高反射率的金、银、铜和铝金属等,对这类材料一般不适宜用CO2激光束,特别是连续波光束来切割。对铝、铜金属而言,要形成足够的起始功率一般需要3KW以上,以获得穿透效果所需要的初始小孔。黑色金属钢铁类材料及镍、钛等对10.6mm的CO2光束有一定吸收率,特别是当材料表面加热到一定温度或氧化膜以后,其吸收率还会大幅度提高,从而获得较好的切割效果。
对不透明材料,吸收率=(1-反射率),与材料表面状态、温度及波长有关。材料对光束的吸收率大小在加热起始阶段具有重要作用,但一旦工件内部小孔形成,小孔的黑体效应使材料对光束的吸收率接近100%。
2、材料表面状态:材料的表面状态直接影响对光束的吸收,尤其是表面粗糙度和表面氧化层会造成表面吸收率的明显变化。在激光切割实践中,有时可利用材料表面状态对光束吸收率的影响来改善材料的切割性能

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