激光切割焦點與毛刺的關系
激光切割的焦點位置與毛刺的產生有著直接且決定性的關系。簡單來說：焦點位置直接影響了光束在材料內部的能量分布，從而決定了切口質量、熔融物排出效率和最終是否產生毛刺。下面詳細分解其中的關系。
一、基本原理：焦點位置如何影響切割過程
激光切割的原理是利用高能量密度的激光束照射工件，使其迅速熔化或氣化，同時用輔助氣體（如氧氣、氮氣）將熔融物吹走，形成切口。
· 焦點：激光束能量最集中、光斑最小的那個點。
· 焦點位置：指這個焦點相對于工件表面的位置。分為三種情況：
1. 正離焦：焦點在工件表面上方。
2. 負離焦：焦點在工件表面下方。
3. 零離焦：焦點正好在工件表面。
二、焦點位置與毛刺的具體關系
毛刺的本質是未被完全吹走的殘留熔融物在切口底部重新凝固形成的。焦點位置主要通過影響切口形狀和氣流動力來影響毛刺。
1. 正離焦（焦點在工件上方）
· 能量分布：光束進入材料后呈發散狀，能量密度從上到下逐漸降低。上表面能量最強，下表面最弱。
· 切口形狀：容易形成上寬下窄的V形切口。
· 對毛刺的影響：
· 由于底部能量不足，材料底部無法完全熔化或氣化。
· 輔助氣體在狹窄的底部流速加快，但吹力可能不足以將粘稠的熔融物完全剝離并吹走。
· 結果：極易在下表面產生大量、頑固的毛刺。這是產生毛刺最常見的原因之一。
2. 負離焦（焦點在工件下方）
· 能量分布：光束在材料內部匯聚，能量密度在材料中部或下部達到最高。
· 切口形狀：容易形成上下窄、中間寬的腰鼓形切口。
· 對毛刺的影響：
· 優勢是底部能量足夠，可以較徹底地熔化材料。
· 但切口中部最寬，可能導致氣流在此處擴散，到達底部時吹力減弱。
· 如果參數匹配不當，熔融物仍可能因排不凈而附著在底部。
· 結果：相比正離焦，毛刺情況會改善，但仍可能產生少量、較軟的毛刺。對于厚板切割，有時采用負離焦來保證底部切透。
3. 零離焦或最佳焦點（焦點在工件表面或特定深度）
· 能量分布：能量最集中的區域位于工件表面，對于薄板切割效果最好。對于厚板，通常需要一個“最佳焦點”位置，即焦點深入到材料內部某一深度（例如板厚的1/3處），以平衡上下能量。
· 切口形狀：最理想的垂直、平行切口。
· 對毛刺的影響：
· 整個切口區域的能量分布相對均勻，材料能被連續、穩定地熔化。
· 平行的切口為輔助氣體提供了順暢的通道，氣體能攜帶足夠的動能將熔融物從底部順利排出。
· 結果：這是獲得無毛刺或毛刺極少切口的最佳狀態。熔融物被“干凈利落”地吹走，沒有殘留。
三、總結與類比
您可以這樣形象地理解：
· 正離焦：像一把“鈍頭的鑿子”，上面用力很大，但到底部就沒勁了，只能把材料“蹭”掉，留下一片毛糙。
· 負離焦：像在材料內部“爆破”，雖然能炸開，但出口可能不整齊，會帶出一些碎屑。
· 最佳焦點：像一把“鋒利無比的手術刀”，從上到下整齊地劃開，干凈利落。
四、實踐指導：如何根據毛刺調整焦點
在實際操作中，如果發現毛刺，應按以下步驟排查和調整：
1. 觀察毛刺形態：
· 底部有大量堅硬、顆粒狀的毛刺：很可能是正離焦（焦點太高）或功率不足/速度過快導致底部未切透。應向下調整焦點。
· 底部有少量、軟質、易脫落的胡須狀毛刺：可能是負離焦（焦點太低）或氣體壓力不足/氣體不純導致熔融物未被吹凈。可以嘗試向上微調焦點，并檢查氣體參數。
2. 進行焦點標定與測試：
· 使用焦點標定儀準確確定零焦點位置。
· 在切割參數軟件中，通常以0點為基準，進行±值的調整。進行一組焦點測試（例如從+1到-3，以0.5為步進），切割同一個圖形，然后觀察哪個位置的切口最光滑、毛刺最少。這個位置就是針對當前材料、厚度和設備的最佳焦點。
五、其他影響毛刺的關鍵因素（需協同考慮）
焦點不是唯一的因素，必須與其他工藝參數協同優化：
· 輔助氣體：
· 壓力：壓力不足無法有效吹走熔渣；壓力過高可能引起湍流，反而影響穩定性。
· 純度：特別是切割不銹鋼時，使用高純度氮氣（99.99%或以上）至關重要，氧氣殘留會形成氧化渣，加劇毛刺。
· 切割速度：速度過快，能量輸入不足，材料未完全切透，形成底部毛刺；速度過慢，過度燒蝕，切口粗糙，也可能產生毛刺。
· 激光功率：功率與速度要匹配。功率過低無法切透。
· 噴嘴：噴嘴的孔徑、高度和同心度直接影響氣流狀態。不同心是導致切口質量和毛刺不均勻的常見原因。
· 材料本身：材料的成分、表面狀態（如是否有銹、油污）也會影響。
焦點位置是控制激光切割毛刺的首要調節參數。 理想的焦點位置能形成一個垂直、光滑的切口，并讓輔助氣體高效地將熔融物排出。當遇到毛刺問題時，首先應系統性地進行焦點測試，找到最佳焦點，然后再協同調整氣體、速度等其他參數，才能獲得完美無毛刺的切割效果。
