激光切割关键技术一

    CO2激光切割的几项关键技术是光、机、电一体化的综合技术。

    激光束的参数、机器与数控系统的性能和精度都直接影响激光切割的效率和质量。特别是关于切割精度较高或厚度较大的零件，必需控制和处理以下几项关键技术：

    焦点位置控制技术

    焦点位置控制技术：激光切割的优点之一是光束的能量密度高，普通10W/cm2。由于能量密度与4/πd2成正比，所以焦点光斑直径尽可能的小，以便产生一窄的切缝；同时焦点光斑直径还和透镜的焦深成正比。聚焦透镜焦深越小，焦点光斑直径就越小。但切割有飞溅，透镜离工件太近容易将透镜损坏，因而普通大功率CO2激光切割工业应用中普遍采用5〃~7.5〃〞（127~190mm）的焦距。实践焦点光斑直径在0.1~0.4mm之间。关于高质量的切割，有效焦深还和透镜直径及被切资料有关。例如用5〃的透镜切碳钢，焦深为焦距的+2%范围内,即5mm左右。因而控制焦点相关于被切资料外表的位置非常重要。顾忌到切割质量、切割速度等要素，准绳上6mm的碳钢，焦点在外表之上；6mm的不锈钢，焦点在外表之下。详细尺寸由实验肯定。

    在工业消费中肯定焦点位置的烦琐办法有三种：⑴打印法：使切割头从上往下运动，在塑料板上停止激光束打印，打印直径最小处为焦点。⑵斜板法：用和垂直轴成一角度斜放的塑料板使其程度拉动，寻觅激光束的最小处为焦点。⑶蓝色火花法：去掉喷嘴，吹空气，将脉冲激光打在不锈钢板上，使切割头从上往下运动，直至蓝色火花最大处为焦点。关于飞行光路的切割机，由于光束发散角，切割近端和远端光阴程长短不同，聚焦前的光束尺寸有一定差异。入射光束的直径越大，焦点光斑的直径越小。为了减少因聚焦前光束尺寸变化带来的焦点光斑尺寸的变化，国内外激光切割系统的制造商提供了一些专用的安装供用户选用：

    ⑴平行光管。这是一种常用的办法，即在CO2激光器的输出端加一平行光管停止扩束处置，扩束后的光束直径变大，发散角变小，使在切割工作范围内近端和远端聚焦前光束尺寸接近分歧。

    ⑵在切割头上增加一独立的挪动透镜的下轴，它与控制喷嘴到资料外表间隔（standoff）的Z轴是两个互相独立的局部。当机床工作台挪动或光轴挪动时，光束从近端到远端F轴也同时挪动，使光束聚焦后光斑直径在整个加工区域内坚持分歧。

    ⑶控制聚焦镜（普通为金属反射聚焦系统）的水压。若聚焦前光束尺寸变小而使焦点光斑直径变大时，自动控制水压改动聚焦曲率使焦点光斑直径变小。

    ⑷飞行光路切割机上增加x、y方向的补偿光路系统。即当切割远端光程增加时使补偿光路缩短；反之当切割近端光程减小时，使补偿光路增加，以坚持光程长度分歧。

    切割穿孔技术

    任何一种热切割技术，除少数状况能够从板边缘开端外，普通都必需在板上穿一小孔。早先在激光冲压复合机上是用冲头先冲出一孔，然后再用激光从小孔处开端停止切割。关于没有冲压安装的激光切割机有两种穿孔的基该办法：

    ⑴爆破穿孔：（Blastdrilling），资料经连续激光的映照后在中心构成一凹坑，然后由与激光束同轴的氧流很快将熔融资料去除构成一孔。普通孔的大小与板厚有关，爆破穿孔均匀直径为板厚的一半，因而对较厚的板爆破穿孔孔径较大,且不圆，不宜在请求较高的零件上运用（如石油筛缝管），只能用于废料上。此外由于穿孔所用的氧气压力与切割时相同，飞溅较大。

    ⑵脉冲穿孔：（Pulsedrilling）采用顶峰值功率的脉冲激光使少量资料凝结或汽化，常用空气或氮气作为辅助气体，以减少因放热氧化使孔扩展，气体压力较切割时的氧气压力小。每个脉冲激光只产生小的微粒放射，逐渐深化，因而厚板穿孔时间需求几秒钟。一旦穿孔完成，立刻将辅助气体换成氧气停止切割。这样穿孔直径较小，其穿孔质量优于爆破穿孔。为此所运用的激光器不但应具有较高的输出功率；更重要的是光束的时间和空间特性，因而普通横流CO2激光器不能顺应激光切割的请求。此外脉冲穿孔还需求有较牢靠的气路控制系统，以完成气体品种、气体压力的切换及穿孔时间的控制。在采用脉冲穿孔的状况下，为了取得高质量的切口，从工件静止时的脉冲穿孔到工件等速连续切割的过渡技术应以注重。从理论上讲通常可改动加速段的切割条件：如焦距、喷嘴位置、气体压力等，但实践上由于时间太短改动以上条件的可能性不大。在工业消费中主要采用改动激光均匀功率的方法比拟理想，详细办法有以下三种：⑴改动脉冲宽度；⑵改动脉冲频率；⑶同时改动脉冲宽度和频率。实践结果标明，第⑶种效果最好。