浅析激光切割工艺参数优化

李鑫

◆摘  要：激光切割工艺参数的选择和确定是激光加工工艺的重点，如果工艺参数选择不好，严重的影响到激光切割技术的推广，本文就对如何优化激光切割工艺参数的方法进行了介绍。

◆关键词：激光切割;参数工艺;优化;选择;切割质量

激光切割是利用高能量高密度的激光束来对金属材料进行照射，达到材料被瞬间加热以至于融化蒸发的温度，借助高压辅助气体进行切缝，由于激光切割具有效率高、质量好、适应性强的特征，已经被多个领域所利用，广泛的在制造业中使用。我们发现虽然激光切割具有优势，但是在实际操作过程中会出现变形、过烧、挂渣等现象，严重的影响了产品的质量，因此对激光切割参数的优化成为提升产品质量的必要途径。

一、影响激光切割质量的因素

一般来说影响激光切割质量的工艺参数有激光的运行功率和切割速度、离焦量、辅助气体压力、光束质量、喷嘴类型等。为了提高切割质量我们需要对影响切割质量的工艺参数进行优化，并找到不同材质下的最优参数标准。

1.激光功率。当激光功率比较小的时候，激光束能量不能致使材料在短时间内熔化，辅助气体压力不足也难让材料及时的清除，造成了切割面不平滑。但是如果采用过高的激光束，巨大的能量致使切割材料表面温度上升，扩散率也增加，导致热影响区域扩大材料变形，切缝变宽。因此在选择激光光束功率时一定要控制在合理的范围，保证获得较好切口的质量的切缝。

2.切割速度。激光切割时速度的变化对切缝宽度有直接影响，切缝宽度随激光速度的减小而增大。在一定的板厚和切割功率下，有一个最佳的切割速度范围，在这个切割范围内时，切缝宽度小且稳定，切割质量高。若切割速度过慢则容易造成材料过熔，切缝变宽。若切割速度过快会导致钢板无法切透。

3.离焦量。激光切割时，离焦量的变化对切缝宽度有直接影响。离焦量Z=0时切缝宽度最小，不论焦点位置是向上移还是向下移，切缝宽度都会变宽。在一定的板厚和切割功率下，有一个最佳的离焦量范围，在此离焦量范围内时，切缝宽度小且稳定，切割质量高。

4.气体压力。在确定辅助气体类型的前提下，辅助气体的压力大小是一个极为重要的因素，主要影响切割速度和熔渣量。不同的材料，得到良好的切割质量所需要的辅助气体压力也不同。同一材料不同厚度的最佳辅助气体压力也不同。在切割过程中，辅助气体的作用是，吹掉切割区熔渣，在提高加工能力的同时，保证良好的加工质量。另外，也可以冷却切缝邻近区域，减少热影响区，防止燃烧物损坏透镜。适当增大气体压力，由于气流动量增大，可提高排渣能力，可使无粘渣的切割速度增加;若辅助气体压力过高，会在工件表面形成涡流，削弱气流去除熔融材料的能力，造成切割面较粗糙，切缝较宽;若辅助气体压力过低，则吹不走切口处的熔融材料，在被切割材料背面产生熔渣。因此，辅助气体压力存在一个最佳值。

激光切割质量的优劣是指切割尺寸精度高低和切割表面质量的好坏，切割表面质量在实验中采用以下四个指标进行衡量：材料是否切断;热影响区的宽度;是否存在烧蚀现象;（切口断面的波纹及切口表面粗糙度;切口断面或下表面有无挂渣。

二、激光切割工艺参数优化方法

激光功率、切割速度、辅助气体气压和离焦量等则存在一个可切割参数的调节范同。而这些未定参数并不是孤立的，它们相互之间以及和已知参数都是紧密关联的。如激光功率与切割速度相互影响和制约共同控制对加工材料的能量输入，而功率还必须以材料的成分及尺寸为出发点;离焦量则与焦距密切相关，不单能调节焦点的位置还能调整光斑大小。因此在实验选取功率、速度、气压及离焦量作为正交实验分析的主要参数。每个参数选取三个水平（i=1、2、3）;激光功率p/=11300、1200、1500;切割速度K=4、4.5、5;气體压力P/=0.15、0.18/0.2;离焦量Si=-1、0、1。然后进行正交实验法测试，正交设计通过巧妙地安排试验，大大降低了试验次数，在这过程中将使用正交表这一有效的工具。正交表是一套现成的试验方案，它根据正交性从全面试验中挑选出部分有代表性的点进行试验，使用合理的水平互相匹配进行试验，这套方案的总试验次数是远小于每种情况都考虑后的试验次数的。这些有代表性的点具备了均匀分散，齐整可比的特点，从而能够确保试验的准确性。

1mm厚0235板材在试验条件下，主要参数选择以下水平，即激光功率1500W，切割速度4m/min，气压1.8pa，离焦量1mm，能实现参数的优化，获得较好的切割效果;利用正交实验法对激光切割的工艺参数进行优化，能够在较少工作量的前提下达到好的选参效果，该方法有效的改善了激光切割过程中选参难的问题，是生产过程中优化工艺参数、实现激光切割质量控制的可靠保证。

三、结语

文章介绍的是一种影响激光切割质量的主要参数优化的方法，也是一种适用性很强的方法。在实际的激光切割中，影响激光切割质量的参数还有很多，目前也都各自找到了解决方法，只是难易程度不同而已。随着激光产业的迅猛发展，需要在不断提高激光切割技术的同时，加强实践应用，积累工作经验，从而实现激光切割加工技术的不断进步。

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