空氣負焦切割碳鋼時兩種常見的掛渣類型
空氣負焦激光切割碳鋼時，掛渣是一個常見問題。使用空氣作為輔助氣體，其成本低，但切割斷面容易氧化并產生掛渣。根據掛渣的形態和位置，主要可以分為以下兩種常見類型及其解決方法。
第一種：底部連續的、呈滴落狀的毛刺（掛渣）
這種掛渣通常比較粗大、連續，附著在切割斷面的底部邊緣，像一串熔融金屬珠。
產生原因：
1. 能量不足：這是最核心的原因。負焦切割意味著焦點在板材表面以下，光斑直徑變大，能量密度降低。如果能量不足以完全汽化或熔化材料，殘留的液態金屬就無法被輔助氣體完全吹走，從而在底部冷凝形成掛渣。
2. 氣壓不足或不穩定：空氣壓縮機提供的壓力不夠，或者氣壓波動過大，無法產生足夠的動量將熔融的金屬液吹離切縫。空氣作為輔助氣體，其動能遠不如氮氣，因此對氣壓要求更高。
3. 切割速度過快：板材相對于激光束移動過快，導致單位長度的材料吸收的能量不足，材料未被完全切透，熔融物來不及被吹走。
4. 焦點位置不當：負焦量設置得過大，導致能量過于分散，切口底部的能量嚴重不足。
解決方法
1. 優化激光功率：
· 適當增加功率：提高激光功率是直接增加能量輸入最有效的方法。確保功率與板材厚度、切割速度相匹配。
2. 調整焦點位置：
· 減小負焦量：嘗試將焦點向上調整（即向板材表面靠近），減少負焦量。這會增大切口底部的能量密度。可以進行焦點位置工藝測試，從 -1mm 到 -3mm 等不同參數進行切割，找到掛渣最少的焦點。
3. 調整氣體參數：
· 提高空氣壓力：確保空氣壓力足夠高（例如，對于薄板可能需要 0.8-1.2 MPa，厚板需要更高）。檢查空氣壓縮機和干燥過濾系統，確保氣源純凈、干燥且壓力穩定。油污或水分會影響切割效果。
4. 降低切割速度：
· 適當降低速度：降低切割速度，使材料有更長時間吸收能量，從而被完全熔化和吹除。速度與功率需要協同調整，找到最佳平衡點。
第二種：底部細小、堅硬的顆粒狀掛渣
這種掛渣通常比較細小、堅硬，呈顆粒狀或粉末狀，牢固地附著在切口背面。
產生原因：
1. 材料過度氧化：這是空氣切割的固有特性。空氣中的氧氣與高溫的碳鋼發生劇烈的放熱氧化反應（Fe + O? → FeO/Fe?O?/Fe?O?）。反應產生的氧化物（主要是氧化鐵）熔點高、粘度大，不易被吹走，從而冷凝形成堅硬的掛渣。
2. 熱輸入過大：雖然能量不足會導致第一種掛渣，但能量過大、速度過慢會導致板材過度燃燒，產生大量高熔點的氧化物，加劇掛渣。
3. 噴嘴磨損或中心不準：噴嘴磨損會導致氣流紊亂，無法對稱、垂直地進入切縫。噴嘴中心與激光束不同軸，也會削弱氣體的吹除能力，使得熔渣無法被有效排除。
解決方法：
1. 優化切割速度與功率的匹配：
· 采用“高速度、適中功率”的策略：在保證切透的前提下，適當提高速度并降低功率，可以減少材料在高溫區的停留時間，從而減輕過度氧化反應。這與解決第一種掛渣的思路相反，需要仔細調試。
2. 調整氣體參數（策略性改變）：
· 對于薄板，可嘗試略微降低氣壓：過高的氣壓可能會加劇氧化反應，而不是吹除熔渣。可以嘗試在保證能吹走熔渣的前提下，使用較低的氣壓。
· 確保氣體純凈：必須使用干燥、無油的壓縮空氣。水分會急速冷卻熔融金屬，并促進氧化，油污會污染鏡片并影響切割質量。
3. 檢查并更換噴嘴：
· 檢查噴嘴狀況：定期檢查噴嘴是否有磨損、變形或熔渣堵塞。磨損的噴嘴必須立即更換。
· 校準噴嘴中心：使用對中紙或專用的對中工具，確保噴嘴孔的中心與激光束完全重合。這是保證氣流方向正確的關鍵步驟。
4. 使用帶涂層的板材：
· 如果加工條件允許，可以使用鍍鋅板等帶涂層的鋼材。涂層有時可以在切割過程中起到一定的“助熔”或改變熔渣性質的作用，使掛渣更容易清除。但這并非根本解決方法。
總結與快速排查步驟
當遇到掛渣問題時，建議按以下順序進行排查和調整：
1. 首先檢查硬件：
· 保護鏡片是否干凈、有無損傷？
· 噴嘴是否完好、尺寸是否正確、中心是否對準？
· 空氣壓力是否達到設定值且穩定？氣源是否干燥潔凈？
2. 然后優化焦點：
· 進行焦點工藝測試，找到當前材料和厚度下掛渣最少的焦點位置。空氣切割碳鋼通常使用負焦點，但具體值需要通過測試確定。
3. 最后協同調整功率與速度：
· 如果掛渣是粗大連續的，優先考慮增加功率或降低速度。
· 如果掛渣是細小堅硬的，優先考慮提高速度或適當降低功率，減少過熱氧化。
核心要點：空氣負焦切割碳鋼的本質是在 “利用氧化反應增加熱量” 和 “防止過度氧化產生高熔點熔渣” 之間取得平衡。所有的參數調整都是圍繞這個平衡點進行的。由于材料批次、設備狀態和環境差異，最優參數需要在實際生產中通過不斷測試來獲得。
