張 燕

（武漢船舶職業(yè)技術學院，湖北 武漢 430050）

一種優(yōu)化激光切割工藝參數(shù)的方法

張 燕

（武漢船舶職業(yè)技術學院，湖北 武漢 430050）

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

激光切割；單項變量；工藝參數(shù)

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(fā)的溫度，從而以瞬時高溫使金屬材料汽化、蒸發(fā)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(zhì)量好、效率高、可切割的材料多且已實現(xiàn)數(shù)控操作等優(yōu)點，已廣泛的應用于制造業(yè)。但在激光切割不銹鋼薄板的應用實例中，切割件常常出現(xiàn)變形、過燒、掛渣等影響產(chǎn)品質(zhì)量的問題。

2 影響切割質(zhì)量的參數(shù)及解決方法

影響激光切割質(zhì)量的工藝參數(shù)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(zhì)量等，也會不同程度地對切割質(zhì)量產(chǎn)生影響。為了提高切割質(zhì)量，需要對影響切割質(zhì)量的主要工藝參數(shù)進行優(yōu)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(yōu)化處理過程為例，闡述參數(shù)優(yōu)化處理的過程，其他參數(shù)的優(yōu)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(shù)。

（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(nèi)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(shù)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(qū)變寬，使更多切縫處的金屬熔化,切縫寬度隨之增大，切口質(zhì)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(zhì)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(nèi)時，切縫寬度小且穩(wěn)定，切割質(zhì)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(nèi)時，切縫寬度小且穩(wěn)定，切割質(zhì)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(zhì)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(qū)熔渣，在提高加工能力的同時，保證良好的加工質(zhì)量。另外，也可以冷卻切縫鄰近區(qū)域，減少熱影響區(qū)，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(chǎn)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(zhì)量的主要參數(shù)優(yōu)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(zhì)量的參數(shù)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(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)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(jīng)驗，從而實現(xiàn)激光切割加工技術的不斷進步。

張燕（1968-），女，工程師，教師。