關鍵技術編輯

激光切割技術有兩種： 一種是脈沖激光適用于金屬材料。第二種是連續激光適用于非金屬材料，后者是激光切割技術的重要應用領域。

激光切割機的幾項關鍵技術是光、機、電一體化的綜合技術。在激光切割機中激光束的參數、機器與數控系統的性能和精度都直接影響激光切割的效率和質量。特別是對于切割精度較高或厚度較大的零件,必須掌握和解決以下幾項關鍵技術：

焦點位置控制技術

激光切割的優點之一是光束的能量密度高,一般10W/cm2。由于能量密度與面積成反比，所以焦點光斑直徑盡可能的小，以便產生一窄的切縫；同時焦點光斑直徑還和透鏡的焦深成正比。聚焦透鏡焦深越小,焦點光斑直徑就越小。但切割有飛濺,透鏡離工件太近容易將透鏡損壞，因此一般大功率CO2激光切割機工業應用中廣泛采用5〃~7.5〃〞(127~190mm)的焦距。實際焦點光斑直徑在0.1~0.4mm之間。對于高質量的切割,有效焦深還和透鏡直徑及被切材料有關。例如用5〃的透鏡切碳鋼,焦深為焦距的+2%范圍內,即5mm左右。因此控制焦點相對于被切材料表面的位置十分重要。顧慮到切割質量、切割速度等因素,原則上6mm的金屬材料,焦點在表面上； 6mm的碳鋼,焦點在表面之上； 6mm的不銹鋼,焦點在表面之下。具體尺寸由實驗確定。

噴嘴設計及氣流控制

噴嘴設計及氣流控制技術： 激光切割鋼材時,氧氣和聚焦的激光束是通過噴嘴射到被切材料處,從而形成一個氣流束。對氣流的基本要求是進入切口的氣流量要大,速度要高,以便足夠的氧化使切口材料充分進行放熱反應；同時又有足夠的動量將熔融材料噴射吹出。因此，除光束的質量及其控制直接影響切割質量外,噴嘴的設計及氣流的控制（如噴嘴壓力、工件在氣流中的位置等）也是十分重要的因素。

激光切割用的噴嘴采用簡單的結構,即一錐形孔帶端部小圓孔（如圖4）。通常用實驗和誤差方法進行設計。由于噴嘴一般用紫銅制造,體積較小,是易損零件,需經常更換,因此不進行流體力學計算與分析。在使用時從噴嘴側面通入一定壓力Pn(表壓為Pg)的氣體,稱噴嘴壓力,從噴嘴出口噴出,經一定距離到達工件表面,其壓力稱切割壓力Pc,{zh1}氣體膨脹到大氣壓力Pa。研究工作表明隨著Pn的增加,氣流流速增加,Pc也不斷增加。

可用下列公式計算： V=8.2d2(Pg+1)

V-氣體流速 L/min

d-噴嘴直徑 mm

Pg-噴嘴壓力（表壓）bar

對于不同的氣體有不同的壓力閾值,當噴嘴壓力超過此值時,氣流為正常斜激波,氣流速從亞音速向超音速過渡。此閾值與Pn、Pa比值及氣體分子的自由度（n）兩因素有關：如氧氣、空氣的n=5,因此其閾值Pn=1bar×(1.2)3.5=1.89bar。當噴嘴壓力更高Pn/Pa=(1+1/n)1+n/2時（Pn；4bar）,氣流正常斜激波封變為正激波,切割壓力Pc下降,氣流速度減低,并在工件表面形成渦流,削弱了氣流去除熔融材料的作用,影響了切割速度。因此采用錐孔帶端部小圓孔的噴嘴,其氧氣的噴嘴壓力常在3bar以下。

為進一步提高激光切割速度,可根據空氣動力學原理,在提高噴嘴壓力的前提下不產生正激波,設計制造一種縮放型噴嘴,即拉伐爾（Laval）噴嘴。為方便制造可采用如圖4的結構。德國漢諾威大學激光中心使用500WCO2激光器,透鏡焦距2.5〃,采用小孔噴嘴和拉伐爾噴嘴分別作了試驗,見圖4。試驗結果如圖5所示：分別表示NO2、NO4、NO5噴嘴在不同的氧氣壓力下,切口表面粗糙度Rz與切割速度Vc的函數關系。從圖中可以看出NO2小孔噴嘴在Pn為400Kpa（或4bar）時切割速度只能達到2.75m/min（碳鋼板厚為2mm）。NO4、NO5二種拉伐爾噴嘴在Pn為500Kpa到600Kpa時切割速度可達到3.5m/min和5.5m/min。應指出的是切割壓力Pc還是工件與噴嘴距離的函數。由于斜激波在氣流的邊界多次反射,使切割壓力呈周期性的變化。

高切割壓力區緊鄰噴嘴出口,工件表面至噴嘴出口的距離約為0.5~1.5mm,切割壓力Pc大而穩定,是工業生產中切割手扳常用的工藝參數。第二高切割壓力區約為噴嘴出口的3~3.5mm,切割壓力Pc也較大,同樣可以取得好的效果,并有利于保護透鏡,提高其使用壽命。曲線上的其他高切割壓力區由于距噴嘴出口太遠,與聚焦光束難以匹配而無法采用。

詳細的標準規格對比:截止2016-12-05

編號

標準/S30400

C

Mn

P

S

Si

Cr

Ni

N

Cu

1

ASTM A276/A276M-15

0.08

2.00

0.045

0.030

1.00

18.0-20.0

8.0-11.0

2

ASTM A959-11

0.07

2.00

0.045

0.030

1.00

17.5-19.5

8.0-11.0

3

ASTM A240/A240M-15a

0.07

2.00

0.045

0.030

0.75

17.5-19.5

8.0-10.5

4

ASTM A182/A182M-15

0.08

2.00

0.045

0.030

1.00

18.0-20.0

8.0-11.0

0.10

5

ASTM A193/A193M-15

0.08

2.00

0.045

0.030

1.00

18.0-20.0

8.0-11.0

6

ASTM A269/A269M-15

0.08

2.00

0.045

0.030

1.00

18.0-20.0

8.0-11.0

7

ASTM A312/A312M-15a

0.08

2.00

0.045

0.030

1.00

18.0-20.0

8.0-11.0

8

ASTM A320/A320M-15a

0.08

2.00

0.045

0.030

1.00

18.0-20.0

8.0-11.0

9

ASTM A403/A403M-15

0.08

2.00

0.045

0.030

1.00

18.0-20.0

8.0-11.0

10