激光切割板材時可能出現的問題

激光切割中工件底部浮渣、切割面下端褶紋、直角/尖角過燒以及切割面粗糙等問題。下面將系統性地梳理這些問題的原因和解決方案。

核心問題排查總覽

問題一：工件底部浮渣（掛渣）

原因剖析： 激光將材料熔化后，未能被輔助氣體及時、完全地吹離切口底部，從而冷凝形成掛渣。這本質上是能量與氣體的平衡問題。

解決方案：

1. 優化氣體參數：

   · 壓力：對于不銹鋼、鋁合金等，使用氮氣作為高純度輔助氣體時，壓力必須足夠高（例如1.6MPa以上）才能實現無氧化切割并吹走熔渣。對于碳鋼使用氧氣時，壓力需適中，過高會加劇反應形成粗糙掛渣。

   · 純度與類型：確保氣體純度（特別是氮氣要求99.9%以上），氧氣純度也需在99.5%以上。

2. 校準光束焦點：

   · 焦點位置偏差是常見原因。進行焦點標定，并嘗試上下微調焦點位置。通常，將焦點略微下調（深入材料內部）有助于改善底部切割質量。

3. 調整功率與速度：

   · 速度過快或功率過低會導致切不透，形成軟性掛渣；速度過慢或功率過高會導致過熔，形成硬而脆的掛渣。需要找到與板材厚度匹配的最佳功率-速度組合。

4. 檢查并更換噴嘴：

   · 使用損壞、變形或口徑不匹配的噴嘴會擾亂氣流。檢查噴嘴中心孔是否圓整，并根據板厚選擇合適口徑的噴嘴（通常厚板用大口徑，薄板用小口徑）。

問題二：切割下端褶紋（條紋/過燒）

原因剖析： 這是典型的過燒現象，由于熱量輸入過多，材料被過度熔化甚至汽化，在切割斷面下半部分形成粗糙、類似褶皺的條紋。

解決方案：

· 首要調整：提升切割速度。速度過慢是主因，提高速度可以減少激光在單位面積上的作用時間，避免熱量積累。

· 降低激光功率。如果速度已無法再提，或提升后導致切不透，則應適當降低功率，減少總熱輸入。

· 調整焦點位置。嘗試將焦點位置調低一些，使能量更集中，減小熱影響區。

· 檢查并降低輔助氣體壓力。特別是在切割碳鋼使用氧氣時，過高的氧氣壓力會像“助燃劑”一樣加劇氧化反應，產生過量熱量。適當調低氣壓可能有意想不到的效果。

問題三：直角/尖角過燒

原因剖析： 激光切割頭在走直線時速度穩定，但當切割到直角或尖角時，需要進行減速、轉向、再加速的過程。在轉角處的速度下降導致激光停留時間變長，熱量急劇累積，從而燒蝕尖角。

解決方案：

1. 采用圓角過渡（最有效方法）：

   · 在圖紙設計階段，將尖角改為微小圓角（R角）。即使是半徑為0.5mm的小圓角，也能讓切割頭平滑過渡，避免速度劇烈變化，有效防止過燒。

2. 使用拐角工藝功能（亮角功能）：

   · 現代激光切割系統都帶有“拐角功率控制”或“亮角”功能。該功能可以：

     · 在檢測到拐角時，自動降低激光功率。

     · 或采用分段切割，在拐角處短暫關閉激光，分兩段切割。

   · 請查閱您的設備操作系統手冊，啟用并調試該功能。

3. 降低拐角處的切割速度：

   · 在工藝參數表中，單獨設置拐角的切割速度，使其低于直線速度，但這需要與功率降低配合使用。

問題四：切割面粗糙（豎紋）

原因剖析： 切割面上出現明顯的、不光滑的豎直條紋，通常是由于能量不穩定或參數不匹配，導致材料熔融狀態不均勻。

解決方案：

· 確保焦點位置精確且穩定：這是獲得光滑切割面的最關鍵因素。焦點輕微的變化就會導致斷面紋路巨大差異。請清潔并校準聚焦鏡，確保焦點穩定。

· 使用高純度輔助氣體：氣體中的雜質會干擾熔融金屬的流動和冷卻過程，導致斷面粗糙。

· 優化切割速度：速度不穩定或設置不當，會使熔融金屬在冷卻過程中形成不均勻的條紋。找到一個能產生連續、平滑切屑的穩定速度。

· 檢查設備穩定性：

  · 導軌是否平穩？設備振動會直接反映在切割面上。

  · 噴嘴是否與光束同軸？不同軸的氣流會導致斷面不對稱和粗糙。

  · 光學鏡片是否清潔或損壞？污染的鏡片會散射激光能量，導致切割無力且斷面粗糙。

通用基礎檢查清單

在進行任何精細參數調整前，請務必執行以下基礎檢查：

1. 光學鏡片：檢查聚焦鏡和保護鏡是否清潔，無污染、無水漬、無損傷。

2. 噴嘴對中：確保激光束從噴嘴中心完美穿過。

3. 氣體與氣路：確認氣路無泄漏，氣體類型和純度正確。

4. 材料：確保板材表面潔凈，無氧化層、油污，且材質均勻。

總結與建議

激光切割是一個多參數協同作用的精密過程。解決問題的關鍵在于 “每次只改變一個變量” ，并做好記錄，從而精準定位問題根源。