文／武漢華俄激光工程有限公司

我國經(jīng)濟發(fā)展日益成熟，人們對生活品質(zhì)的追求越來越高，和大家生活息息相關(guān)的不銹鋼的使用量也大幅提高，不僅如此人們對不銹鋼產(chǎn)品的質(zhì)量要求也越來越高。如今不銹鋼產(chǎn)品的加工工藝——激光切割不銹鋼厚板工藝越來越成熟，逐步取代了傳統(tǒng)不銹鋼切割工藝。不銹鋼產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)要想切出高質(zhì)量的厚板不銹鋼，就需要對激光切割工藝要素進行充分的了解。

隨著市場的變化，鈑金行業(yè)對碳鋼切割的綜合效率要求越來越高。傳統(tǒng)切割工藝已無法滿足如今的生產(chǎn)需求。而激光切割作為一種先進制造技術(shù)，已經(jīng)逐漸滲透到鈑金行業(yè)。并且，隨著激光功率的不斷提高，客戶對激光加工工藝的要求也越來越高。華俄激光中厚板的氧氣高速切割工藝，可以在更大程度上發(fā)揮出高功率激光設(shè)備的優(yōu)勢，如圖1所示。

圖1 華俄激光高功率激光切割機

過去，工藝人員在使用傳統(tǒng)碳鋼氧氣切割工藝的過程中，持續(xù)加大激光功率時，中等厚度碳鋼板切割速度提升并不明顯。傳統(tǒng)碳鋼氧氣切割工藝較難發(fā)揮出純激光功率提升的優(yōu)勢，而空氣切割的斷面質(zhì)量又遠不及氧氣切割。為取得好的斷面切割效果和垂直度，我們的工藝人員用不同功率的設(shè)備和不同厚度的材質(zhì)做了長期的測試，通過多種數(shù)據(jù)的對比，最后總結(jié)出針對中厚板的碳鋼氧氣高速切割工藝的理想?yún)?shù)。

切割工藝要素

噴嘴選型

噴嘴直徑大小（圖2）決定了進入切口的氣流形狀、氣體擴散面積、氣體流速，從而影響了熔融物去除、切割的穩(wěn)定情況。進入切口的氣流量大、速度快、工件在氣流中的位置恰當，噴射去除熔融物的能力就強。固定流量下，不同噴嘴尺寸，不銹鋼越厚，噴嘴的選用應(yīng)越大，比例閥設(shè)置越大，增大流量，才能確保壓力，切割出正常斷面。

圖2 噴嘴直徑大小

輔助氣體選擇和氣體純度

不銹鋼激光切割加工中經(jīng)常會用到各種輔助氣體，例如氧氣、氮氣、空氣等，使用不同的氣體類型，切割斷面的效果不同。氧氣是黑色斷面，空氣為淡黃色，氮氣可保持不銹鋼原色不被氧化。不銹鋼切割以氮氣為首選輔助氣體。

根據(jù)華俄激光在激光行業(yè)多年的技術(shù)探索和積累，氧氣的優(yōu)點為切割速度高，能切割厚板料；氮氣的優(yōu)點為可以避免切割邊的氧化，工件因此不需再重新加工。我們建議氧氣和氮氣純度為氧氣≥99.999%；氮氣≥99.995%。

氮氣流量與噴嘴直徑、氣體壓力的測試數(shù)據(jù)如圖3所示?？v坐標為氣體流量測試數(shù)值，橫坐標為調(diào)整設(shè)置不同氣體壓力變化，不同顏色表示的是不同噴嘴直徑的測試條件。從圖形上可以看出，流量是由設(shè)置氣體壓力和噴嘴直徑?jīng)Q定的，是線性正相關(guān)性。

圖3 氮氣流量與噴嘴直徑、氣體壓力的測試數(shù)據(jù)

焦斑位置

為保證切割效果，及保護噴嘴不受損傷，在切割加工前還需要做同軸測試，確保噴嘴與激光器輸出光束同軸。測試方法：將透明膠帶紙貼至噴嘴出口端面上，調(diào)整激光輸出功率進行打孔，觀察透明膠帶紙上是否有中心孔及中心孔的位置，同步調(diào)節(jié)鏡腔手柄上的調(diào)整螺釘，直至激光在透明膠帶紙上打出的孔與噴嘴中心重合。

焦點不一樣，所能切割的厚度、材質(zhì)、品質(zhì)也不一樣，切割不同的材質(zhì)和厚度，都需要調(diào)節(jié)成不同的焦點。切割前，測量出實際零焦點，以零焦點為基準才能夠進行切割工藝參數(shù)的測試和分析，不銹鋼切割以負離焦為主要工藝選擇方向。

激光頻率調(diào)整及占空比對切割質(zhì)量的影響

頻率變化對不銹鋼厚板切割的影響（圖4）：頻率從500Hz到200Hz逐步減小，切割斷面效果變細膩，分層慢慢改善。頻率設(shè)置到100Hz時，無法切割，反藍光。通過頻率的改變，找出最佳頻率范圍。為確保最佳切割斷面，必須保證脈沖次數(shù)與單脈沖能量完美匹配。

圖4 超高功率激光器切割厚不銹鋼效果示例圖

占空比變化對不銹鋼厚板切割的影響：占空比53%是臨界值，繼續(xù)降低占空比，下表面出現(xiàn)未切透痕跡，占空比增大到60%，斷面變粗糙，分層明顯，切割表面發(fā)黃。

結(jié)束語

最近，我們的工藝研究人員到12000W設(shè)備所在客戶處進行工藝指導(dǎo)，用碳鋼氧氣批量高速切割工藝對厚度為20mm碳鋼進行切割，結(jié)果非常理想，切割速度較傳統(tǒng)工藝切割速度提升90%以上，工件底部無掛渣，斷面質(zhì)量好，工件更容易落料，同時加工穩(wěn)定性也得到進一步提升。精工出細活，總體來說，噴嘴高度、機床運動參數(shù)、運動加速度、運行速度、材料材質(zhì)等對切割結(jié)果的影響也需要進行逐項測試和分析，需要激光工藝調(diào)試技術(shù)等有志人士積極努力地為激光切割工藝的提升作出貢獻。當激光切割能力達到130mm甚至更高時，其應(yīng)用的行業(yè)領(lǐng)域也將進一步擴大。