激光切割厚板難在哪里?

激光切割機(jī)對于10mm厚以下鋼板的切割已不成問題。但如果要切割更厚的鋼板， 往往要求助于輸出功率超過5kW的高功率激光器， 而且切割質(zhì)量也明顯下降。由于高功率激光器設(shè)備成本昂貴， 其輸出的激光模式也不利于激光切割， 所以傳統(tǒng)激光切割方法在切割厚板時(shí)，不具備優(yōu)勢。金屬切割厚板的存在以下技術(shù)難點(diǎn)：

01

準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)燃燒過程維持比較困難

金屬激光切割實(shí)際切割過程中，能切透的板厚是有限的，這與切割前沿鐵不能穩(wěn)定燃燒密切相關(guān)。燃燒過程要能持續(xù)進(jìn)行，切縫頂部的溫度必須達(dá)到燃點(diǎn)。單獨(dú)靠鐵氧燃燒反應(yīng)釋放的能量，實(shí)際上不能確保燃燒過程持續(xù)進(jìn)行。

一方面，是由于切縫被噴嘴噴出的氧流連續(xù)冷卻，降低了切割前沿的溫度；

另一方面，燃燒形成的氧化亞鐵層覆蓋在工件表面，阻礙氧的擴(kuò)散，當(dāng)氧的濃度降低到一定程度時(shí)，燃燒過程將會(huì)熄滅。

采用傳統(tǒng)會(huì)聚性光束進(jìn)行激光切割時(shí)，激光束作用于表面的區(qū)域很小，由于激光功率密度很高，所以不僅僅在激光輻射的區(qū)域，工件表面溫度達(dá)到了燃點(diǎn)，而且由于熱傳導(dǎo)，一個(gè)更寬的區(qū)域達(dá)到了燃點(diǎn)溫度。而氧流作用于工件表面的直徑要比激光束直徑要大。這表明不僅在激光輻射區(qū)域， 要發(fā)生強(qiáng)烈地燃燒反應(yīng)，而且在激光束照射的光斑外圍也要同時(shí)發(fā)生燃燒。

厚板切割時(shí)，切割速度相當(dāng)慢，工件表面鐵氧燃燒的速度要比切割頭行進(jìn)的速度快。燃燒持續(xù)一段時(shí)間后，由于氧的濃度下降，而導(dǎo)致燃燒過程熄滅。只有當(dāng)切割頭行進(jìn)到該位置時(shí)，燃燒反應(yīng)又重新開始。切割前沿的燃燒過程是周期性地進(jìn)行，這樣就會(huì)導(dǎo)致切割前沿的溫度波動(dòng)，切口質(zhì)量變差。

02

板厚方向氧純度和壓力難以維持恒定

金屬激光切割機(jī)厚板切割時(shí)，氧純度下降也是影響切口質(zhì)量的重要因素。

氧流的純度對切割過程有強(qiáng)烈影響。當(dāng)氧流純度下降0. 9%，鐵氧燃燒率將下降10%；純度下降5%時(shí)，燃燒率將下降37%。燃燒率下降將大大減少了燃燒過程輸入到切縫中的能量，降低了切割速度，同時(shí)切割面液態(tài)層中鐵的含量增加，從而增大到熔渣的粘性，導(dǎo)致熔渣排出困難，這樣在切口下部就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的掛渣，使切口質(zhì)量變得難以接受。

為了保持切割穩(wěn)定進(jìn)行，要求在板厚方向切割氧流的純度及壓力要基本保持恒定。傳統(tǒng)激光切割工藝中，常常使用普通錐形噴嘴，這種噴嘴在薄板切割中能滿足使用要求。但在切割厚板時(shí)，隨著供氣壓力增大，噴嘴的流場中容易形成激波，激波對切割過程有許多危害，降低氧流的純度，影響切口質(zhì)量。

解決這個(gè)問題一般有三種辦法：

（1）在切割氧流周圍添加預(yù)熱火焰。

（2）在切割氧流周圍添加輔助氧流。

（3）合理設(shè)計(jì)噴嘴內(nèi)壁， 改善氣流流場特征。