激光切割国产中厚板的问题探讨及解决方案

作为一种先进的材料切割手段，激光加工因材料浪费少、在规模化生产中成本效应明显、对加工对象具有很强的适应性等优势，被越来越为钣金生产者所接受。

如今，中国的粗钢产量不仅是世界第一，更是超过了全球产量的50％，发展中国家甚至一些像澳洲韩国等发达国家为节约成本也在大量使用中国板材，因此与其期待中国钢材来适应激光切割，不如研究和提出能够优质地加工劣质材料的方法和提案。本文就讲一下在中厚板加工中常遇到的问题。

1． 碳钢厚板穿孔问题 

在厚板加工中穿孔时间占很大比重，各激光厂商纷纷开发了快速穿孔的技术，较为有代表性的是高能穿孔（炸孔），这种方法的优点是速度快（1秒，以t16mm为例—以下相同），缺陷是不仅影响对小形状的加工，穿孔时注入的巨大能量使板材温度升高进而影响接下来的整体切割过程。而用小功率脉冲进行穿孔的话，时间就很长（12秒），会导致切割的效率下降和单位成本的提高。 

2． 切割面品质问题 

加工中厚板时经常会遇见切割断面，这样的切割不仅成品质量受到质疑，还会伴随着过烧和严重的粘渣出现，以致体现不出高价的激光加工机区别于其他切割手段的价值。

3． 整板加工稳定性问题

在对国产钢材的整板加工中，经常会出现局部区域加工不良的现象。这种现象有时很随机，即使在加工机状态良好的情况下也会出现。

解决方案

1． 高峰穿孔（HPP）方案 

利用占空比小的高峰值脉冲激光，辅以喷射在材料表面上的不燃油以清除开孔边缘附着物，控制脉冲的合理频率边冷却边穿孔。其特点是相对炸孔虽然时间稍长（3秒），但穿出的孔径小（约φ4mm）且开孔边缘无附着物以及入热较低，便于接下来的正常切割加工，相比普通穿孔则效率提高了4倍。

2． 切割断面改善方案 

对于碳钢来说改善切割断面的重要因素是控制对板材的入热并能保证激光照射部分的充分燃烧。对于不锈钢来说改善切割断面的重要因素则是光束的改良（改善焦深）与辅助气体的有效利用。亮面切割技术就是改善了发振器和喷嘴所得到的结果。

3． 保证加工稳定性的方案 

当前为了提高加工机的运行速度，激光机多采用俗称飞行光路的结构，即材料托盘不动而加工头在整个可加工区域内运动的形式。而为了补偿加工头与光源相对位置的变化，各厂商也尽可能保证光斑在加工范围内的一致性，使用曲率可变折射镜是普遍选择的方式。这种方法虽然结构简单却会改变焦深，使在对焦深极为敏感的中厚板切割时会显得力不从心（既要保持光斑不变又要保持焦深不变）。使用等长光路方式（在可加工范围内光源与加工头之间光传播路径等长）可避免焦深变化，从而使光斑和焦深都保持一致。另外对入热的重视使板材积累的热量得到控制，可较好地解决稳定性问题。

审核编辑 黄昊宇