简介:激光切割机的应用越来越普及。如何利用激光技术优质高效的生产产品，需要激光切割机的操作人员学好相关知识，更重要的是在实践中不断总结经验。我们先来了解几种常用的激光切割技术参数。

1.特殊设备

为了减少聚焦前光束尺寸变化引起的焦点尺寸变化，国内外激光切割系统制造商提供了一些特殊装置供用户选择:

(1)准直器。这是一种常用的方法，即在CO2激光器的输出端增加一个准直器来扩大光束。光束扩展后，光束直径变大，发散角变小，使得在切割工作范围内，近端和远端聚焦前的光束尺寸接近相同。

(2)切割头增加了一个独立的移动透镜下轴，它与控制喷嘴到材料表面距离的Z轴是两个独立的部分。当机床工作台移动或光轴移动时，光束的F轴同时从近端向远端移动，使聚焦光束的光斑直径在整个加工区域内一致。

(3)控制聚焦镜(一般是金属反射聚焦系统)的水压。如果聚焦前光束尺寸减小，焦斑直径变大，则自动控制水压改变聚焦曲率，使焦斑直径变小。

(4)在飞行光路切割机上增加X、Y方向补偿光路系统。也就是说，当切割远端的光程增加时，补偿光程缩短；相反，当切割近端的光程减小时，补偿光程增加以保持光程长度一致。

2.切割和穿孔技术

任何一种热切割技术，除了少数情况，都可以从板材边缘开始，一般都需要在板材上打一个小孔。早期的激光冲压复合机是先用冲头打一个孔，再用激光从小孔切割。没有打孔设备的激光切割机床有两种基本的打孔方法:

(1)爆破钻孔:用连续的激光照射材料，在中心形成凹坑，然后用与激光束同轴的氧气流快速去除熔化的材料，形成孔洞。一般来说，孔的大小与板厚有关，爆破孔的平均直径为板厚的一半。所以对于较厚的板材，爆破孔的孔径较大且不圆，不适合用在要求较高的零件上(如油筛管)，只能用在废料上。另外，因为穿孔用的氧气压力和切割用的氧气压力是一样的，所以飞溅大。

(2)脉冲打孔:采用峰值功率较高的脉冲激光熔化或汽化少量材料，常采用空气或氮气作为辅助气体，以减少因放热氧化引起的孔扩张。切割时气体压力低于氧气压力。每个脉冲激光只产生很小的粒子射流，逐渐加深，所以厚板的穿孔时间需要几秒钟。一旦穿孔完成，辅助气体就变成氧气进行切割。这样射孔的直径更小，其射孔质量也比爆破射孔好。因此，所用的激光器不仅要有高输出功率；更重要的是光束的时空特性，所以一般横流CO2激光器不能满足激光切割的要求。

此外，脉冲射孔需要可靠的气路控制系统，以实现气体类型和气体压力的切换以及射孔时间的控制。在脉冲穿孔的情况下，为了获得高质量的切割，我们应该注意从工件静止时的脉冲穿孔到恒速连续切割的过渡技术。理论上，通常可以改变加速段的切割条件，如焦距、喷嘴位置、气体压力等。，但实际上，因为时间短，改变上述条件的可能性不大。

3.喷嘴设计和气流控制技术

当激光切割钢材时，氧气和聚焦的激光束通过喷嘴喷射到待切割的材料上，从而形成气流束。空气流动的基本要求是进入切口的空气流量要大，速度要快，这样足够的氧化才能使切口材料充分进行放热反应；同时，有足够的冲力吹灭熔化的材料。因此，除了光束质量及其控制直接影响切割质量外，喷嘴的设计和气流的控制(如喷嘴压力、工件在气流中的位置等。)也是很重要的因素。用于激光切割的喷嘴采用简单的结构，即末端带有小圆孔的锥形孔。设计通常是通过试验和误差法来完成的。

由于喷嘴一般为紫铜材质，体积较小，属于易损件，需要经常更换，所以没有进行水动力计算分析。使用时，从喷嘴一侧通入一定压力Pn(表压Pg)的气体，称为喷嘴压力。从喷嘴出口喷出，经过一定距离后到达工件表面，其压力称为切削压力Pc。最后，气体膨胀到大气压Pa。研究表明，随着Pn的增加，气流速度增加，压力系数也增加。

可以用下面的公式计算:V=8.2d2(Pg+1)

V-气体流速L/min

D-喷嘴直径毫米

Pg-喷嘴压力(表压)巴

不同的气体有不同的压力阈值。当喷管压力超过该值时，气流为正斜激波，气体流量由亚音速过渡到超音速。这个阈值与Pn和Pa的比值以及气体分子的自由度(n)有关:例如氧气和空气的n=5，所以它的阈值Pn=1bar×(1.2)3.5=1.89bar .当喷嘴压力较高时Pn/Pa =(1+1/n)1+n/2(Pn；4)、气流的法向斜激波被密封成法向激波，切削压力Pc降低，气流速度降低，在工件表面形成涡流，削弱了气流去除熔化材料的作用，影响切削速度。因此，采用末端有锥形孔和小圆孔的喷嘴，氧气的喷嘴压力通常在3bar以下。

文章来源：焊接切割联盟