引言
激光切割技术是一种利用高能量密度的激光束照射材料,使材料局部熔化、气化或烧蚀,从而实现切割的工艺。由于其高精度、高效率、无接触加工等优点,激光切割技术已广泛应用于各种工业领域。然而,激光切割质量受到多种外部因素的影响,如材料特性、激光参数、喷嘴设计、工作环境等。本文旨在全面分析这些影响因素,并提出相应的优化措施,以提高激光切割的质量。
本文结合通快激光切割机对影响激光切割质量的外部因素进行总结和分析。
一、什么是激光？
激光是一种装置，当被激发会产生连续性、高方向性、高度聚焦的极其强烈的单色电磁光束。这种光束足以融解硬的以及大部分耐热材料。
1、激光光束的特征
热光源发出的光，例如太阳或者灯泡，由不规则发射的各种波长的短波组成。激光光束是单一的、连续的、单色的，并且实质上是平行光束。激光光束的发散度是非常小的。
2、激光的组成
如前所述，激光是一种利用原子激发来产生光的装置。一般而言，激光有三个基本组成：泵源，激光介质以及光学腔。
二、光束的产生二氧化碳激光的工作原理
由二氧化碳、氮气和氦气组成的三种混合气体进入激光发生器内部流动。混合气体流经高频电激发区域。这样，能量就被引入激光介质。这一过程我们称之为激光介质的激发。当足够的能量层级达到以后，二氧化碳分子以光子的形式释放一部分能量。这部分受激光子的释放的方向和激光发生器轴的方向是平行的。产生的激光光束经有输出镜输出并被倒入各类型机床的光路中。
1、光路的组成
光路主要有以下零部件组成
1 折射镜
2 光束望远镜
3 移相镜
4 折射镜
5 运动单元上的折射镜
6/1 自动调焦镜(FocusLine)
6/2 折射镜(FocusLine)
7 切割头聚焦镜
8 激光光束
三、影响激光切割机切割质量的因素
共十项：内部镜片、光路、机床、激光发生器、透镜/焦点、喷嘴、切割气体、材料、速度、工作环境。下面从以上十个方面详细分析影响切割质量的原因。
1、内部镜片
内部镜片影响切割质量因素有两种：光光束偏离、镜片损坏或不清洁。
激光光束必须处于整个光路及聚焦透镜的正中。光束偏离会导致输出激光功率，偏离严重的会导致激光光束击穿零部件及现场人员。检查光路的位置及所有必要的调整称之为光路的调整。光路的调整只能有专业的人员来完成。
镜片损坏或不清洁同样导致输出激光功率降低。
2、光路
光路中用氮气作为保护气体，填充到光路中，用以保证光束不发散，功率不衰减。
3、机床
机床中的框架变形、驱动的振动、高度跟踪系统、及设备错误的加速度均会影响切割质量。
4、激光发生器
激光发生器中功率下降、模式状态、冷热模式均影响切割质量。
5、焦点位置
a焦点位置“f“
相对于材料表面的焦点的垂直位置
b、焦点位置的选择
对于不同板材，对应的焦点位置不同：
低碳钢： 焦点位置在板材表面或高于板材表面
不锈钢板，铝板： 焦点位置在板材表面之下
6、喷嘴
A、喷嘴间距不同产生的后果
如果喷嘴间距过小：
1.喷嘴和板材发生碰撞 2.飞溅物容易污染镜片
喷嘴间距过大：
如果喷嘴间距过大，超过20%那么将降低氮气或者氧气气流的效率。熔渣将不能有效地从割缝中吹出。会产出毛刺，在切割不锈钢板材时毛刺更明显。
B、喷嘴中心的调整
聚焦镜需要进行调整以使得聚焦后的光束可以经过喷嘴中心。在调整喷嘴中心时应使用尽量小的喷嘴。
1、当光束不在中心时会产生的后果：
⑴一定方向上的所有切割面的切割质量会下降。
⑵如果光束偏得很厉害，那么材料甚至会割不透。
7、切割气体
A、切割气体的类型：
氧气：低碳钢的火焰切割
不锈钢和铝板的穿刺
氮气：用于不锈钢高压切割
氩气：用于钛的高压切割
B、切割气体的纯度：
氧气： 3.5 (= 99.95 %)
氮气： 5.0 (= 99.999 %)
低碳钢：切割气体纯度越高，切割速度越高。当用标准参数进行切割时，确保切割气体达到了要求。否则就会有严重的割痕以及挂渣。
不锈钢及铝板：如果氧气含量太高，切割面就会受到氧化并伴有斑点。
C、切割气体的压力
氧气切割：材料越厚，压力越低。例外：用氧气切割不锈钢。
氮气切割：材料越厚，压力越高。
根据材料厚度不同，需要调整切割气体的气压。
氧气切割时：氧气压力的增加会导致切割氧流量的增加，从而提高氧化反应的速率和切割过程中的热输入，使得切割速度得以提升。氧气压力的增加可能会导致热影响区（HAZ）扩大，因为更多的热量被引入材料中。这可能会影响材料的微观结构和机械性能，尤其是在需要保持材料特定热处理状态的应用中。
氮气切割时：氮气压力过高可能会导致切割面变得粗糙，甚至出现裂纹和熔池现象。适当的氮气压力有助于获得平滑、无毛刺的切割面，适宜的压力有助于限制热影响区的宽度，保持材料的机械性能。
8、材料
A、低碳钢合金
适合于激光切割的有细密纹理的低碳钢的优势：
B、铝合金
高的合金含量会产生如下问题：
1、在表面会产生更强的反射。
2、需要更高的功率密度
C、材料表面锈蚀程度、板材的放置、板材的平面度等均会影响切割质量
9、速度
切割速度是激光切割过程中非常重要的参数，它直接影响到切割质量和生产效率。合适的切割速度可以确保材料被完全且精确地切割，同时避免产生过熔、毛刺或不完整的切割等问题。当切割速度适中时，可以获得理想的切割效果。激光束能够在材料中形成足够的热量来完成切割，同时热量分布均匀，避免了过熔现象。切割速度过快可能会导致热量不足，材料不能完全切割，而速度过慢则可能导致材料过度加热，产生热影响区扩大和材料变形等问题。
10、工作环境
温度温度会影响激光束在空气中的传播特性以及材料的热膨胀系数。过高或过低的温度都可能导致切割质量下降。因此,在激光切割过程中,应控制工作环境的温度,以保持激光束的稳定性和材料的正常热膨胀。
湿度湿度会影响激光与空气中的水分相互作用,可能导致激光能量的损失,影响切割效果。同时,高湿度也可能导致材料表面形成水膜,影响激光与板材的相互作用。因此,在激光切割过程中,应保持工作环境的湿度适中,以减少激光能量的损失和材料表面的水膜影响。
总结
综上所述，在实际生产加工中，各个因素综合影响，最终加工出合格产品。因素在生产中切割质量降低，必须多方考虑各个因素的影响，从而找到真正影响切割质量因素，从而解决问题。激光切割质量受到多种外部因素的影响。为了提高切割质量和生产效率,应深入研究这些因素的影响机制,并根据具体的切割要求和材料特性,合理调整切割参数和工作环境。同时,还应加强激光切割设备的维护和保养工作,确保设备的稳定性和精度。通过这些措施的实施,可以推动激光切割技术的进一步发展,为工业制造领域的高质量发展提供有力支持。
