激光切割钢板的若干工艺问题 - 文章

激光切割钢板的若干工艺问题

作者：常州伊顿森源开关有限公司何峋

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激光切割是用聚焦镜将激光束聚焦在材料表面使材料熔化,同时用于激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料,并使激光束与材料沿一定轨迹作相对运动,从而形成一定形状的切缝。激光切割技术发展迅速,应用日益广泛,是一种先进加工方法，尤其适合切割钢板。

激光切割技术比其他方法的明显优点是：

（1）切割质量好切口宽度窄（一般为0.1~0.5mm）、精度高（一般孔中心距误差0.1~0.4mm,轮廓尺寸误差0.1~0.5mm）、切口表面粗糙度好（一般为12.5~25μm）,切缝一般不需要再加工即可焊接。

（2）切割速度快例如采用2kW激光功率,8mm厚的碳钢切割速度为1.6m/min；2mm厚的不锈钢切割速度为3.5m/min,热影响区小,变形极小。
（3）清洁、安全、无污染。

（4）从技术经济角度不宜制造模具的金属钣金件,特别是轮廓形状复杂,批量不大,一般厚度小于12mm的低碳钢、小于6mm厚的不锈钢,以节省制造模具的成本与周期。

切割中常见问题及处理方法

1.切割穿孔技术

任何一种热切割技术,除少数情况可以从板边缘开始外,一般都必须在板上穿一个小孔。之前在激光冲压复合机上是用冲头先冲出一个孔,然后再用激光从小孔处开始进行切割。对于没有冲压装置的激光切割机有两种穿孔的基本方法：

爆破穿孔——材料经连续激光的照射后在中心形成一个凹坑,然后由与激光束同轴的氧流很快将熔融材料去除形成一个孔。一般孔的大小与板厚有关,爆破穿孔平均直径为板厚的一半,因此对较厚的板爆破穿孔孔径较大,且不圆,不宜在加工精度要求较高的零件上使用,只能用于废料上。此外由于穿孔所用的氧气压力与切割时相同,飞溅较大。

脉冲穿孔——采用高峰值功率的脉冲激光使少量材料熔化或汽化,常用空气或氮气作为辅助气体,以减少因放热氧化使孔扩展,气体压力较切割时的氧气压力小。每个脉冲激光只产生小的微粒喷射,逐步深入,因此厚板穿孔时间需要几秒钟。一旦穿孔完成,立即将辅助气体换成氧气进行切割。这样穿孔直径较小,其穿孔质量优于爆破穿孔。为此所使用的激光器不但应具有较高的输出功率；更重要的是光束的时间和空间特性,因此一般横流CO2激光器不能适应激光切割的要求。此外脉冲穿孔还须要有较可靠的气路控制系统,以实现气体种类、气体压力的切换及穿孔时间的控制。

在采用脉冲穿孔的情况下,为了获得高质量的切口,从工件静止时的脉冲穿孔到工件等速连续切割的过渡技术应加以重视。从理论上讲通常可改变加速段的切割条件,如焦距、喷嘴位置、气体压力等,但实际上由于时间太短改变以上条件的可能性不大。在工业生产中主要采用改变激光平均功率的办法比较现实,具体方法是改变脉冲宽度；改变脉冲频率；同时改变脉冲宽度和频率。实际结果表明,第3种效果最好。

2.切割加工小孔（直径小与板厚）变形情况的分析

这是因为机床（只针对大功率激光切割机）在加工小孔时不是采取爆破穿孔的方式，而是用脉冲穿孔（软穿刺）的方式，这使得激光能量在一个很小的区域过于集中，将非加工区域也烧焦，造成孔的变形，影响加工质量。这时我们应在加工程序中将脉冲穿孔（软穿刺）方式改为爆破穿孔（普通穿刺）方式，加以解决。而对于较小功率的激光切割机则恰好相反，在小孔加工时应采取脉冲穿孔的方式才能取得较好的表面光洁度。

3. 激光切割低碳钢时，工件出现毛刺的解决方法

根据CO2激光切割的工作和设计原理，分析得出以下几点原因是造成加工件产生毛刺的主要原因：激光焦点的上下位置不正确，需要做焦点位置测试，根据焦点的偏移量进行调整；激光的输出功率不够，需要检查激光发生器的工作是否正常，如果正常，则观察激光控制按钮的输出数值是否正确，加以调整；切割的线速度太慢，需要在操作控制时加大线速度；切割气体的纯度不够，需要提供高质量的切割工作气体；激光焦点偏移，需要做焦点位置测试，根据焦点的偏移量进行调整；机床运行时间过长出现的不稳定性，此时需要关机重新启动。

4. 激光切割加工不锈钢和敷铝锌板时，工件有毛刺产生的分析

以上情况的出现，首先考虑切割低碳钢时出现毛刺的因素，但不可简单地加快切割速度，因为增加速度有时会出现板材切割不穿的情况，此种情况在加工敷铝锌板时尤为突出。这时应综合考虑机床的其他因素加以解决，如喷嘴是否要更换，导轨运动不稳定等。

5. 激光未完全切割透状态的分析

分析后可以发现下面的几种情况是产生加工不稳定的主要情况：激光头喷嘴的选择与加工板厚不匹配；激光切割线速度过快，需要操作控制减小线速度；另外，还需要特别注意的是，在L3030激光切割机切割5mm以上碳素钢板时需要更换7.5″焦距的激光镜片。
6. 切割低碳钢时出现非正常火花的解决方法

这种情况会影响零件的切割断面光洁度加工质量。此时在其他参数都正常的情况下，应考虑以下情况：激光头喷嘴NOZZEL的损耗，应及时更换喷嘴。在无新喷嘴更换的情况下，应加大切割工作气体压力；喷嘴与激光头连接处螺纹松动。此时应立即暂停切割，检查激光头连接状态，重新上好螺纹。

7. 激光切割加工时穿刺点的选择

激光切割加工时激光束的工作原理是：在加工过程中，材料经连续激光的照射后在中心形成一个凹坑, 然后由与激光束同轴的工作气流很快将熔融材料去除形成一个孔。此孔类似于线切割的穿线孔，激光束以此孔为加工启始点进行轮廓切割，通常情况下飞行光路激光束的走线方向和被加工零件切割轮廓的切线方向垂直。

因此，激光束在开始穿透钢板时到进入零件轮廓切割的这一段时间，其切割速度在矢量方向上将有一个很大的改变，即矢量方向的90°旋转，由垂直于切割轮廓的切线方向转为与切割轮廓的切线重合，即与轮廓切线的夹角为0°。这样就会在被加工材料的切割断面上流下比较粗糙的切割面，这主要是在短时间内，激光束在移动中的矢量方向变化很快所至。因此在采用激光切割加工零件时就要注意这方面的情况。一般，在设计零件对表面切割断口没有粗糙度要求时，可以在激光切割编程时不做手动处理，让控制软件自动产生穿刺点；但是，当设计对所要加工的零件切割断面有较高粗糙度要求时，就要注意到这个问题，通常需要在编激光切割程序时对激光束的启始位置做手动调整，即人工对于穿刺点的控制。需要把激光程序原来产生的穿刺点移到需要的合理位置，以达对加工零件表面精度的要求。

图1

如上图1，如果此零件对圆弧有精度要求，我们在编制激光切割程序时，切割启始点（穿刺点）就要设置在A和C，而不能设置在B和D。而如果此零件只对直线边的精度有要求，那我们在编制激光切割程序时，切割启始点就要设置在B和D，而不能设置在A和C了。

图2

同样的，如图2，如果此零件外形设计对圆弧有精度要求，我们在编制激光切割程序时，切割启始点（穿刺点）就只能设置在D，而如果此零件只对直线边的精度有要求，那我们在编制激光切割程序时，切割启始点（穿刺点）就可以选择除了D点以外的任何点了。

激光切割钣金件是一项先进的制造加工技术，不仅可以大大降低研发周期，模具制造成本，而且提高了质量及生产效率，有利于改善制造行业的技术及设备革新。实际应用中，需要我们在不断地积累经验，不断地了解和实践，让这项新技术为我们的生产力提高发挥应有的贡献。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (6/20/2008)


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