激光切割质量的评价项目分析及解决方案 / 四六文摘

利用激光进行板材的切割正逐渐在加工行业普及，大多数用户对切口及断面的四个衡量指标（切口的宽度／切缝、切口的倾角、切口的塌角量、切割面的粗糙度）比较熟悉，但对其他质量指标却很少注意或知之甚少。切割的质量要求不仅只是切口的质量，其他方面也有一定的要求，主要从切割断面、切割形状及精度、金属组织及强度三个方面来衡量。笔者根据多年的经验对切割质量的评价项目的三个方面予以分析，希望对同仁有所帮助。

切割断面

切割断面作为切割质量的评价标准之一，主要以断面粗糙度、挂渣、下拉线、变色、缺口作为重要的参考指标（表1）。常见的缺陷（表2）有自然/异常燃烧、低速/高速挂渣、未割透等现象，这些现象产生的原因主要与机床输出功率、气体纯度、材料表面状态等有关（表3）。本文通过举例说明粗糙度的具体表现形式（表4）和对厚度为t=10mm的304不锈钢进行N2切割时的表面粗糙度（表5），来阐述切割过程中各种情形下的粗糙度。某一种断面的粗糙度还分为上、中、下三个部分，比如：厚度为t=12mm的碳钢板在进行O2切割时，切割断面上部Ru达12～13μm、中部Rm达19～20μm、下部Rl达25～26μm。一般情况下使用高频率脉冲低速切割的效果比CW（连续波）高速切割要好，较易获得好的切割断面粗糙度，切割尖角效果见图1。

表1 切割断面

表2 切割断面的表现形式

图1 CW切割和高频率脉冲（pulse）切割的尖角效果

表3 断面缺口说明

表4 表面粗糙度说明

表5 厚度为t=10mm的304不锈钢进行N2切割

切割形状及精度

在利用激光进行切割过程中，可能遇到各种各样的切割形状，切割过程中对于切割产生的割缝、坡度、轮廓、直角度、熔损、变形量及断面上、下塌角都要做一系列评价标准（表6），通过这些评价标准我们可以很好的评价断面的切割质量。表7、表8、表9对于具体的一些精度评价进行了说明。

表6 切割形状及精度

图2 切口状态的图例

表7 加工精度说明

表8 尺寸精度说明

下面对一些具体的案例做一些说明，比如：切割薄板长且窄的工件及切割参数设定不当时，易发生热变形的现象，即工件在某一方向发生歪量，如图3所示。这种缺陷可通过以下几种方式改善：⑴对于长且窄（纵横比大）及小尺寸工件可通过添加微焊接的方式改善；⑵添加微焊接和改变穿孔（piercing）位置／类型；⑶采用低热量加工条件及改变切割路径。

表9 熔损说明

图3 各种切割现象的图例

金属组织及强度

金属的组织及强度，作为一种内在的现象，对于切割成良好的零部件具有重要的意义，常见的参考的参数有氧化度、热影响区、内部龟裂度、再凝固程度等，见表10。合肥二宫机械有限公司通过长年总结，整理出了常见的金属连续切割过程中的不良现象及解决方案，见表11。

为了更好地说明金属切割过程中，发生切割不良现象时的解决办法。以t=12mm的Q235号钢（SS400）的O2切割为例说明各种切割断面及其解决方案：如图4所示为良好的切割断面图，只有合适的焦点位置、适当的切割速度、正确的功率和频率、适当的负荷、正确的喷嘴间隙、合适的气体压力才能切割出如此完美的切割断面；如图5所示为过烧且切缝宽的切割断面，这种断面需要采取降低焦点、降低辅助气体压力、提高切割速度或降低负荷（duty）、给拐角一个大些的R半径、调整适当的边角数据（edge-data）、使材料冷却等措施来获得完美断面；当切割断面有缺口时，这种断面需要采取降低焦点、降低辅助气体压力、提高切割速度或降低负荷、降低频率（Hz）、使用质量更好的材料等措施来获取良好的断面；当切割断面上部很粗糙时，这种断面需采取稍微降低焦点、降低辅助气体压力、提高切割速度或降低负荷等措施来获取良好的断面；当切断面良好，但有点滴状挂渣（易去除时，这种断面需采取稍微降低焦点、提高辅助气体压力、降低切割速度或提高负荷等措施来获取良好的断面；当切断面下部粗糙，且有尖锐状挂渣（不易去除）时，这种断面需采取稍微降低焦点、提高辅助气体压力、降低切割速度或提高负荷、使用更纯的辅助气体等措施来获取良好的断面；当整个切断面都粗糙，但没有挂渣时，这种断面需采取稍微提高焦点、降低辅助气体压力、降低切割速度或提高负荷、降低频率、使用合适的喷嘴、使用表面平滑均匀的材料等措施来获取良好的断面；当整个部件切断面只在一边上有挂渣，且远点和近点不同时，这种切割断面需采取使用合适的喷嘴、检查喷嘴的中心、检查Z轴的光束垂直度、检查焦点的位置、进行外光路的准直和调整、检查加工透镜和输出功率等措施来获取良好的断面。

表10 金属组织及强度