浅谈激光切割不锈钢厚板的工艺调试

我国经济发展日益成熟，人们对生活品质的追求越来越高，和大家生活息息相关的不锈钢的使用量也大幅提高，不仅如此人们对不锈钢产品的质量要求也越来越高。如今不锈钢产品的加工工艺——激光切割不锈钢厚板工艺越来越成熟，逐步取代了传统不锈钢切割工艺。不锈钢产品生产企业要想切出高质量的厚板不锈钢，就需要对激光切割工艺要素进行充分的了解。随着市场的变化，钣金行业对碳钢切割的综合效率要求越来越高。传统切割工艺已无法满足如今的生产需求。而激光切割作为一种先进制造技术，已经逐渐渗透到钣金行业。并且，随着激光功率的不断提高，客户对激光加工工艺的要求也越来越高。华俄激光中厚板的氧气高速切割工艺，可以在更大程度上发挥出高功率激光设备的优势，如图1所示。图1华俄激光高功率激光切割机过去，工艺人员在使用传统碳钢氧气切割工艺的过程中，持续加大激光功率时，中等厚度碳钢板切割速度提升并不明显。传统碳钢氧气切割工艺较难发挥出纯激光功率提升的优势，而空气切割的断面质量又远不及氧气切割。为取得好的断面切割效果和垂直度，我们的工艺人员用不同功率的设备和不同厚度的材质做了长期的测试，通过多种数据的对比，最后总结出针对中厚板的碳钢氧气高速切割工艺的理想参数。切割工艺要素喷嘴选型喷嘴直径大小（图2）决定了进入切口的气流形状、气体扩散面积、气体流速，从而影响了熔融物去除、切割的稳定情况。进入切口的气流量大、速度快、工件在气流中的位置恰当，喷射去除熔融物的能力就强。固定流量下，不同喷嘴尺寸，不锈钢越厚，喷嘴的选用应越大，比例阀设置越大，增大流量，才能确保压力，切割出正常断面。图2喷嘴直径大小辅助气体选择和气体纯度不锈钢激光切割加工中经常会用到各种辅助气体，例如氧气、氮气、空气等，使用不同的气体类型，切割断面的效果不同。氧气是黑色断面，空气为淡黄色，氮气可保持不锈钢原色不被氧化。不锈钢切割以氮气为首选辅助气体。根据华俄激光在激光行业多年的技术探索和积累，氧气的优点为切割速度高，能切割厚板料；氮气的优点为可以避免切割边的氧化，工件因此不需再重新加工。我们建议氧气和氮气纯度为氧气≥99.999%；氮气≥99.995%。氮气流量与喷嘴直径、气体压力的测试数据如图3所示。纵坐标为气体流量测试数值，横坐标为调整设置不同气体压力变化，不同颜色表示的是不同喷嘴直径的测试条件。从图形上可以看出，流量是由设置气体压力和喷嘴直径决定的，是线性正相关性。图3氮气流量与喷嘴直径、气体压力的测试数据焦斑位置为保证切割效果，及保护喷嘴不受损伤，在切割加工前还需要做同轴测试，确保喷嘴与激光器输出光束同轴。测试方法：将透明胶带纸贴至喷嘴出口端面上，调整激光输出功率进行打孔，观察透明胶带纸上是否有中心孔及中心孔的位置，同步调节镜腔手柄上的调整螺钉，直至激光在透明胶带纸上打出的孔与喷嘴中心重合。焦点不一样，所能切割的厚度、材质、品质也不一样，切割不同的材质和厚度，都需要调节成不同的焦点。切割前，测量出实际零焦点，以零焦点为基准才能够进行切割工艺参数的测试和分析，不锈钢切割以负离焦为主要工艺选择方向。激光频率调整及占空比对切割质量的影响频率变化对不锈钢厚板切割的影响（图4）：频率从500Hz到200Hz逐步减小，切割断面效果变细腻，分层慢慢改善。频率设置到100Hz时，无法切割，反蓝光。通过频率的改变，找出最佳频率范围。为确保最佳切割断面，必须保证脉冲次数与单脉冲能量完美匹配。图4超高功率激光器切割厚不锈钢效果示例图占空比变化对不锈钢厚板切割的影响：占空比53%是临界值，继续降低占空比，下表面出现未切透痕迹，占空比增大到60%，断面变粗糙，分层明显，切割表面发黄。结束语最近，我们的工艺研究人员到12000W设备所在客户处进行工艺指导，用碳钢氧气批量高速切割工艺对厚度为20mm碳钢进行切割，结果非常理想，切割速度较传统工艺切割速度提升90%以上，工件底部无挂渣，断面质量好，工件更容易落料，同时加工稳定性也得到进一步提升。精工出细活，总体来说，喷嘴高度、机床运动参数、运动加速度、运行速度、材料材质等对切割结