激光切割焦點調整技巧

調整焦點位置是保證切割質量（如斷面光滑度、垂直度、無掛渣）的關鍵步驟。簡單來說，原則是：通過調整激光焦點相對于板材表面的位置，來控制能量在材料厚度上的分布。下面將從原理、調整方法、不同厚度的具體策略以及注意事項等方面詳細解釋。

一、核心原理：為什么需要調焦點？

激光束最細、能量密度最高的點稱為“焦點”。焦點處的能量最集中，切割能力最強。調整焦點位置的本質是：

· 將能量最集中的區域放在最需要它的地方。

· 控制切口寬度和氣流效果。

如果焦點不對，會出現以下問題：

· 焦點過高（離焦量為正）： 能量過于分散，板材底部能量不足，導致切不透、掛渣嚴重。

· 焦點過低（離焦量為負）： 能量過于集中在上表面，可能燒蝕上表面，但底部能量不足，同樣切不透，斷面粗糙。

二、常見的焦點位置模式

根據焦點相對于板材表面的位置，可分為三種模式：

1. 零焦點 / 表面焦點： 焦點正好落在板材的上表面。

   · 適用： 切割薄板（例如碳鋼1-3mm，不銹鋼1-2mm）。此時能量集中，切口窄，速度可以很快。

2. 正離焦： 焦點落在板材內部。

   · 適用： 切割中厚板（最常見的模式）。例如切割4mm以上的碳鋼或不銹鋼。這樣可以使能量在板材厚度方向上有更均勻的分布，形成一個上下均勻的“楔形”切口，獲得更好的垂直斷面。輔助氣體（氧氣/氮氣）也能更好地吹走熔渣。

3. 負離焦： 焦點落在板材下方。

   · 適用： 某些特定材料的厚板切割，或為了獲得更寬的切口（如防止特殊材料反射燒壞鏡片）。在實際碳鋼和不銹鋼切割中較少使用。

一個簡單的比喻： 想象用放大鏡聚焦陽光點燃紙片。

· 零焦點就像把光點對準紙面，最快點燃。

· 切割厚板就像想點燃一疊紙，需要把光點稍微深入到紙堆內部，讓熱量在內部傳遞，而不是只燒焦表面。這就是正離焦的作用。

三、不同厚度板材的焦點調整策略

以下是針對常見的碳鋼和不銹鋼/鋁合金的通用策略。請注意：最佳參數因設備（激光器功率、鏡片焦距）、氣體純度、材料品牌而異，以下數值僅供參考，務必以機器的實際切割測試為準。

1. 碳鋼（通常使用氧氣作為輔助氣體）

· 薄板（1mm - 3mm）：

  · 焦點位置： 零焦點或稍正離焦（+1mm ~ +2mm）。

  · 理由： 薄板容易切割，需要窄切口和高速度。零焦點能提供最高的表面能量密度。

· 中厚板（4mm - 12mm）：

  · 焦點位置： 正離焦（+3mm ~ +板材厚度的一半）。例如切8mm板，焦點可設在板材表面以下+3mm到+4mm的位置。

  · 理由： 這是最經典的用法。讓焦點深入材料內部，使能量分布更均勻，切口上下一致，底部掛渣少。氧氣與鐵發生放熱反應，焦點深入能更好地維持反應。

· 厚板（12mm以上，取決于激光器功率）：

  · 焦點位置： 更大的正離焦（通常為+5mm以上）。有時甚至會用到焦點在板材中間或偏下的位置。

  · 理由： 需要將巨大的能量充分傳遞到板材底部，確保底部材料能被充分熔化并被高壓氧氣吹走。

2. 不銹鋼/鋁合金（通常使用氮氣作為輔助氣體，實現無氧化切割）

· 薄板（1mm - 3mm）：

  · 焦點位置： 零焦點或稍負離焦（-1mm ~ 0mm）。

  · 理由： 氮氣不參與放熱反應，主要靠激光能量熔化材料。需要非常高的能量密度來獲得光滑的斷面。負離焦有時能幫助更好地控制熔池。

· 中厚板（4mm - 8mm）：

  · 焦點位置： 正離焦（+1mm ~ +板材厚度的1/3）。

  · 理由： 同樣是為了讓能量在厚度方向上分布更均勻，避免上表面過燒而下表面掛渣。由于氮氣冷卻作用強，需要更精確的能量控制。

· 厚板（8mm以上）：

  · 焦點位置： 較大的正離焦（+3mm ~ +6mm或更大）。

  · 理由： 確保底部有足夠的能量密度，防止因底部能量不足而無法切斷。

四、如何實際操作調整焦點？

現代光纖激光切割機通常有以下幾種調焦方式：

1. 自動調焦（推薦）：

   · 在數控系統（CNC）上直接輸入“焦點位置”或“離焦量”的數值。機器會自動控制聚焦鏡片組升降，精確到達指定位置。

   · 這是最常用、最精確的方法。

2. 手動調焦：

   · 一些老式設備或特定情況下，需要手動旋轉聚焦鏡筒上的刻度環來調整焦點位置。

   · 操作前務必查閱設備手冊，了解刻度與實際離焦量的關系。

3. 穿孔高度與切割高度：

   · 注意區分這兩個概念。穿孔高度是打孔時噴嘴離工件的距離，切割高度是切割時的高度。焦點調整是在切割高度確定后進行的微調。通常切割高度是固定的（如0.8mm-1.5mm），然后在此基礎上調整焦點位置。

五、實踐技巧與注意事項

1. 進行切割測試： 永遠不要完全依賴理論值。找一塊材料廢料，做一個焦點臺階測試。

   · 方法： 畫一個矩形，在切割過程中，讓機器每隔一段距離自動改變一個焦點值（例如從-3mm到+3mm，每段間隔0.5mm）。

   · 觀察： 切割完成后，觀察每一段的斷面質量、掛渣情況。斷面最光滑、垂直度最好、掛渣最容易脫落的那一段，對應的就是該材料厚度和當前功率下的最佳焦點。

2. 參數聯動： 焦點不是獨立存在的。調整焦點后，切割速度、激光功率、氣體壓力可能都需要聯動調整。

   · 焦點下調（更深的離焦）時，能量密度降低，可能需要適當降低切割速度或增加功率。

   · 設備廠商提供的參數庫是極好的起點。

3. 保護鏡片： 確保聚焦鏡片清潔。臟的鏡片會散射能量，影響焦點實際效果，甚至導致鏡片燒毀。

4. 記錄最佳參數： 為每種常用材料、厚度建立自己的參數表，記錄下經過驗證的最佳焦點位置、功率、速度等，可以大大提高未來工作的效率。

總結

實踐出真知。 多做焦點臺階測試，是掌握激光切割工藝最快最有效的方法。