激光穿孔過程中出現"爆孔"現象(孔邊緣不規則、熔融金屬噴濺、孔周圍有凹坑或裂紋),這通常可以通過調整參數和優化工藝來解決。以下是針對爆孔問題的關鍵解決策略:
1.優化穿孔參數(階梯穿孔是關鍵)
降低起始功率/峰值功率(最常見的原因):
過高的起始功率會瞬間汽化過多材料,產生劇烈爆炸性噴射。逐步降低起始功率(或峰值功率),直到爆孔現象消失或顯著減輕。
增加起始脈沖頻率/占空比(或降低頻率):
增加頻率/占空比:有時提高起始階段的脈沖頻率(或占空比)意味著每個脈沖的能量降低,但熱輸入更連續,能更溫和地預熱材料,避免瞬間劇烈汽化。這相當于"小火慢燉"。
降低頻率(較少見):在特定情況下,降低頻率讓熱量有更多時間散失,也能減輕爆孔。需要試驗哪種方式更適合你的材料和設備。
增加穿孔時間(階梯數):
不要追求過快的穿孔速度。給激光更多時間分階段(階梯)穿透材料,讓熱量更均勻地傳遞和熔化材料,而不是瞬間"炸開"。增加穿孔階梯的持續時間或增加階梯數。
優化階梯功率/時間曲線:
使用激光切割機控制系統的"階梯穿孔"功能。設計一個功率/頻率逐漸上升(或先低后高再低)的曲線,而不是一開始就用最高功率猛轟。例如:
第一階梯:低功率(30%-50%峰值),高頻率,短時間(預熱)。
第二階梯:中等功率(50%-70%峰值),中等頻率,中等時間(開始熔化)。
第三階梯:接近或達到切割功率(80%-100%峰值),切割頻率,足夠時間穿透(完成穿孔)。
調整焦點位置:
稍正離焦(焦點在材料表面上方一點):可以稍微增大光斑直徑,降低能量密度,使穿孔過程更溫和,減少爆孔。這是常用的策略。
避免過深負離焦:焦點太深入材料內部,起始穿孔能量密度不足,需要更長時間/更多脈沖才能擊穿,累積熱量過多后容易突然爆發形成爆孔。
2. 調整輔助氣體
降低氣體壓力:
過高的氣體壓力(尤其是氧氣)會猛烈吹走熔融金屬,不僅帶走熱量影響穿孔穩定性,還會加劇熔融物噴濺,形成爆孔和凹坑。逐步降低穿孔階段的氣體壓力,找到既能吹走熔渣又不至于引起爆孔的最低壓力。
更換氣體類型:
氧氣換為氮氣/空氣:如果材料是碳鋼且允許,將穿孔氣體從氧氣改為氮氣或壓縮空氣。氧氣會劇烈氧化金屬并釋放大量熱量(放熱反應),顯著加劇爆孔。氮氣或空氣是惰性/弱氧化性氣體,穿孔更溫和,孔質量更好(但穿孔時間通常稍長)。
氮氣轉變為更低壓力氮氣/空氣:即使使用氮氣,壓力過高也會導致噴濺。進一步降低壓力。
延遲氣體開啟:
如果設備支持,設置氣體在穿孔開始后稍微延遲一點(例如0.1-0.5秒)再開啟。讓激光先溫和地預熱/熔化出一個熔池,然后再引入氣體吹渣,可以減少初始擾動。
3. 考慮材料和表面狀態
清潔材料表面:
油污、銹跡、涂層、水漬等污染物在高溫下會迅速汽化或反應,產生額外的氣體和噴濺,導致爆孔。確保穿孔區域表面干凈干燥。
板材平整度:
嚴重翹曲的板材會導致焦點位置不穩定,影響穿孔效果。盡量使用平整的板材或在穿孔位置進行校平。
材料成分/厚度:
某些特殊合金或非常厚的板材可能對穿孔參數更敏感。需要更仔細地調整參數組合。
4.其他注意事項
確保光學鏡片清潔:
臟污的鏡片(尤其是保護鏡)會降低激光功率和光束質量,可能導致穿孔不穩定,間接引發爆孔。定期檢查和清潔。
檢查噴嘴狀態和對中:
損壞或不對中的噴嘴會影響氣流穩定性和對稱性,導致穿孔異常。確保噴嘴完好且與光束同心。
設備穩定性:
確保激光器輸出功率穩定,運動系統平穩。
總結解決步驟
1.優先嘗試:顯著降低起始/峰值功率,并稍微增加穿孔時間或階梯數。這是最有效的起點。
2.調整氣體:降低氣體壓力(特別是用氧氣時)。如果可行且適用,將氧氣切換為氮氣或空氣。
3.優化階梯穿孔曲線:設置一個功率/頻率逐漸上升的多階梯穿孔參數,起始階段務必溫和。
4.調整焦點:嘗試稍微正離焦(+1mm 到 +3mm,具體值需測試)。
5.檢查材料表面:確保穿孔點干凈、干燥、無涂層/銹蝕。
6.微調:在以上基礎上,微調脈沖頻率、占空比、氣體開啟時間等。
7.硬件檢查:清潔鏡片,檢查更換噴嘴,確保對中。
關鍵點:解決爆孔的核心在于**降低穿孔初始階段的能量輸入速率和沖擊力,讓材料更平緩地熔化和穿透。每次調整只改變1-2個參數,并記錄效果,這樣才能準確找到最優組合。不同的材料、厚度、設備差異很大,需要耐心測試。
如果嘗試后仍有困難,可以考慮具體材料、厚度、氣體類型和設備型號,采取具體問題采取針對性措施。