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1、激光切割厚板的几大问题 激光加工作为一种先进的材料切割手段，已经越来越为扳金生产者所接受。随着计 算机控制技术和光学技术的不断进步，人们对于其加工能力的期待也越来越高，这种 期待不仅仅是对能够切,更是对切 得好和切得快的期待。而能给予回答的当然离不 开加工机的性能,同时被加工材料优劣也直接影响回答的效果。激光加工起步较早的欧美和日本，在上世纪 80 年代开始由激光加工机生产厂商对钢 材生产提出了具体的质星要求，从而有了区别于普通钢材但价格偏高的激光专用钢 材。而随看激光加工成为主要的切割手段被接受后,25mm 以下普通钢板就以激光专 业材料作为标准材料了。然而，由于中国的发展太快，钢材生产来不
2、及适 应,就有 了中国钢材与进口钢材之分。其主要区别在于钢材中杂质含呈和对钢材表面的处理以 及运输保管等一系列原因,造成了中国板材切割难的现状。当今中国的粗钢产星不仅是世界第一，更是超过了全球产呈的 50%，发展中国家甚至 些像澳洲韩国等发达国家为节约成本也在大呈使用中国板材，因此与具期待中国钢 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。本文提出 其中的一些思考以抛砖引玉。【在中厚板加工中遇到的问题】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
3、为例一以下相同），但缺陷是不仅影响对小形状的加工，穿孔时注入 的巨大能呈使板材温度升高逬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 图 1 和图 2.示出了加工中厚板时经常会遇见的切割断面，这样的 切割不仅成品质星受到质疑,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具他切割手段的价值。3.整板加工稳走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。为了处理 局部故瞳品而大大地影响了整个工作进度，这里
4、对此不明原因的加工失败也给出一些 笔者的分析和对策提案。【针对上述问题的解决方案】1.高峰穿孔（HPP）方案顾名思义就是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（p4mm）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。技术和光学技术的不断进步人们对于其加工能力的期待也越来越高这种期待不仅仅是对能够切更是对切得好和切得快的期待而能给予回答的当然离不开加工机的性能同时被加工材料优劣也直接影响回答的效果激光加工起步较早
5、的欧价格偏高的激光用钢材而随看激光加工成为主要的切割手段被接受后以下普通钢板就以激光业材料作为标准材料了然而由于中国的发展太快钢材生产来不及适应就有了中国钢材与进口钢材之分其主要区别在于钢材中杂质含呈和对钢超过了全球产呈的发展中国家甚至些像澳洲韩国等发达国家为节约成本也在大呈使用中国板材因此与具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提出其中的一些思考以抛砖引玉在中厚图 3.示出了普通穿孔、HPP 穿孔和高能穿孔的区别。2.1.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
6、的优点是速度快（1 秒,以t16mm 为例一以下相同），但缺陷是不仅影响对小形状的加工，穿孔时注入的巨 大能呈使板材温度升高进而影响接下来的整体切割过程。而用小功率脉冲逬行穿孔的 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。三菱电机开发的 K-CUT 加工条件较好的完成了 这一使命。图 4.是在同一块国产板材上用传统条件和 K-CUT 条件进行切割的效果比 较。而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
7、善了发振器和喷嘴所得到的结果。图 5.是改 善后的效果。断面上部粗糙度 8 口、下部 12 口堪比机械加工。3.保证加工稳走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）。三菱电机采用的等长光路方式（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
8、深都保持一致。另外对入热的重视使板 材积累的热呈得到控制，较好地解决了稳走性问题。图 6.示出了等长光路的原理及在 加工区域中不 同位置的加工效果。技术和光学技术的不断进步人们对于其加工能力的期待也越来越高这种期待不仅仅是对能够切更是对切得好和切得快的期待而能给予回答的当然离不开加工机的性能同时被加工材料优劣也直接影响回答的效果激光加工起步较早的欧价格偏高的激光用钢材而随看激光加工成为主要的切割手段被接受后以下普通钢板就以激光业材料作为标准材料了然而由于中国的发展太快钢材生产来不及适应就有了中国钢材与进口钢材之分其主要区别在于钢材中杂质含呈和对钢超过了全球产呈的发展中国家甚至些像澳洲韩国等发达
9、国家为节约成本也在大呈使用中国板材因此与具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提出其中的一些思考以抛砖引玉在中厚认真对待加工中出现的问题,硏究其产生的机理，寻找结局问题的方案。通过对传统 激光技术的一系列探索和改良，针对较为复杂的中厚板切割开发了新的技术并将其应 用到eXPLUS、RX、XL 等各系列产品中，满足了客户在加工国产中厚板材料中的实 际需求，从而大大提高了生产效率。我们还将进一步努力探索更新的技术，解决更多 加工中的疑难问题，服勢于广大应用者。技术和光学技术的不断进步人们对于其加工能力的期待也越来越高这种期待不仅仅是对能够切更是对切得好和切得快的期待而能给予回答的当然离不开加工机的性能同时被加工材料优劣也直接影响回答的效果激光加工起步较早的欧价格偏高的激光用钢材而随看激光加工成为主要的切割手段被接受后以下普通钢板就以激光业材料作为标准材料了然而由于中国的发展太快钢材生产来不及适应就有了中国钢材与进口钢材之分其主要区别在于钢材中杂质含呈和对钢超过了全球产呈的发展中国家甚至些像澳洲韩国等发达国家为节约成本也在大呈使用中国板材因此与具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提出其中的一些思考以抛砖引玉在中厚