激光切割參數設置與質量控制

劉赟

摘要：與傳統切割方法相比，激光切割等具有明顯的優勢。在實際切割中，為滿足不同類型金屬板的加工需要，應根據板材尺寸、加工精度和板材形狀特點，采用各種三維激光切割平臺進行加工。可有效保證產品加工質量，激光技術有更廣闊的應用市場。

關鍵詞：熱成形；激光切割；參數設置

一、引言

與傳統切割方法相比，激光切割等具有明顯的優勢。由于激光切割其高精度，窄縫效果明顯，激光切割采用非接觸技術加工。隨著制造業的發展，越來越需要激光切割的質量。特別是在航空領域，當對復雜的曲面鈑金零件進行三維激光切割時，需要根據曲面曲率實時調整激光頭的姿態和工藝參數，以保證切割質量。通過仿真系統，工作人員不僅可以直觀地掌握激光切割工藝，保證加工代碼的可靠性，還可以優化一些切割工藝問題，保證切割質量。在實際切割中，為滿足不同類型金屬板的加工需要，應根據板材尺寸、加工精度和板材形狀特點，采用各種三維激光切割平臺進行加工。目前激光切割仿真軟件的虛擬現場施工效率低，平臺切換復雜，學習成本高，缺少切割痕跡的實施，工藝處理模塊不完善。本文對如何做好激光切割參數設置與質量控制進行了分析。

二、激光技術概述

激光由原子激發發射和共振放大形成。在激光聚焦后，它照射在材料上并迅速增加材料溫度以熔化或蒸發。隨著激光和被切割材料的相對運動，在切割材料上形成切口以達到切割的目的。激光雕刻是激光束穿過光導聚焦系統并射擊雕刻材料，在一定范圍內移除材料，并保留未照射的材料。

三、激光切割的參數設置

激光切割參數包括切割速度、功率、氣割等內容，激光切割分別對切割質量和切割效率進行分析，分析不同類型的影響，但通過激光切割組合實現最佳配置所需的各種參數，不同工廠將根據成本結構在一定程度上對質量和效率特別重視和權衡。

1.切割速度。激光切割激光頭可在單位時間內沿著零件形狀移動。激光切割切割速度越高，切割時間越短，激光切割生產效率越高。但是，當其他參數固定時，激光切割速度與切割質量不成線性關系。合理的切割速度是一個范圍值，低于該范圍值，激光束的能量在零件表面上保持太多而形成過度燃燒，超過該范圍值，激光束的能量太晚而不能完全熔化零件材料，導致切割不可穿透。

2.激光輸出功率。激光輸出功率是激光系統的輸出能量，激光切割代表激光束在單位時間內熔化材料的能力。

3.焦點位置。激光輸出最終通過特殊鏡頭聚焦在功率密度最高的點。焦斑直徑與聚焦透鏡的焦深成比例。激光切割重點是根據不同位置的不同厚度設定，正確的焦點位置，是獲得穩定切削質量的重要條件，激光切割切割質量與激光束有關，但也與激光束聚焦系統的特性有關，即激光切割聚焦后激光束的大小對激光切割質量有很大影響。

4.輔助氣體的氣壓。在縫隙形成切口。適當的氣壓可以幫助加快激光切割速度，輔助氣體壓力的大小對光纖激光切割機的切割效率也有影響。如果激光切割處理材料的厚度增加或切割速度慢，則應適當降低氣體壓力。采用較低的氣壓切割可防止結霜。

5.噴嘴距離。聚焦激光通過銅噴嘴施加到部件的表面。工件和激光噴嘴之間的距離稱為噴嘴的距離。從噴嘴到部件的距離是根據流量和壓力來測量的。太遠的氣體吹氣力損失太大，廢氣流量過大，影響飛濺，適當的距離在0.8-1.0mm。根據不同的材料厚度選擇不同型號的噴嘴。

系統功能主要包括虛擬加工場景三維可視化模塊，多平臺機床運動學計算模塊，過程實施例和代碼輸出模塊。虛擬處理場景的三維可視化模塊包括虛擬處理場景構建，運動模型構建，材料去除過程模擬等。多平臺機床運動學計算模塊包括龍門五軸機床運動學計算，垂直六軸機器人和倒立機器人運動學計算，基于刀位點的P矩陣計算等。過程實施例和代碼輸出模塊包括過程缺陷顯示，碰撞檢測實現，過渡軌跡顯示等。激光切割場景中包括各種模型，因此它是有必要建立一個快速的方法來構建虛擬環境。各種機床平臺的結構和運動形式存在差異，點數據進行機床運動學計算，并將計算結果輸入運動模型，實現機床運動仿真。通過實時切割痕跡反映切割質量，需要模擬激光切割材料的去除過程。在仿真中，反映和處理過程現象，最終生成相應平臺的可靠處理代碼。

四、影響激光切割質量主要因素的分析試驗

根據影響激光切割質量的因素分析，選擇厚度為1.0～3.0mm的熱成形件進行激光切割試驗，選擇切割塊，切割孔或切削刃進行分析。測試程序如下。

1.測試焦點位置并根據焦點的偏移進行調整。聚焦位置逐漸從3mm調整到3mm，每次增加0.5mm進行一次。記錄完成后比較切割質量。在下一次測試中保留了具有最佳切割質量的焦點位置。

2.調整激光切割的功率。在第一步中以最佳切割狀態在焦點位置進行功率測試。功率從1000 W開始，每300 W切割一次。記錄并比較切割質量。

3.改變切割氣體壓力。測試了第二步中具有最佳切割質量的焦點和功率狀態。氣壓從7Pa開始，每次加入1Pa時比較切割質量。保留具有最佳切割質量的激光切割氣體壓力值用于下一次測試。

4.提高切割速度。測試了第三步中最佳切割質量的焦點，功率狀態和切割氣體壓力值。切割速度從6000毫米/分鐘開始，并增加1000毫米/分鐘。記錄并比較切割質量。

5.噴嘴距離的設定。測試了步驟4中具有最佳切割質量的焦點，功率狀態，切割氣體壓力值和切割速度。噴嘴距離從0.6mm開始，每次增加0.2mm，直到噴嘴距離調整為1.2mm。每次記錄并比較切割狀態，最后得到最佳切割質量的噴嘴距離值。

選擇案例1：2 mm厚度材料，調整焦點位置-3 mm，氮氣切割壓力12 Pa，噴嘴距離1 mm，切割功率3000 W，切割速度為12米/分鐘，因為各種參數調整好，切割條件好，通過各種測試，在參數調整到最合適的情況下，切割表面光滑。

五、結語

根據運動形式和運動特性，可以通過運動配置建立機床運動軸的運動模型。同時，確保每個模型的相對位置，并使用OIV讀取WRL文件功能界面，實現虛擬處理場景的快速構建。結合激光切割技術特點，對模型制作進行了分析，可有效保證產品加工質量，激光技術有更廣闊的應用市場。

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（作者單位：江蘇核工業格林水處理有限責任公司）