厚钢板的激光切割加工技术难点及解决方案

激光切割机对于10mm厚以下钢板的切割已不成问题。但如果要切割更厚的钢板， 往往要求助于输出功率过5kW的高功率激光器， 而且切割质量也明显下降。由于高功率激光器设备成本昂贵， 其输出的激光模式也不利于激光切割， 所以传统激光切割方法在切割厚板时，不具备优势。金属激光切割机切割厚板的存在以下技术难点：

1、准稳态燃烧过程维持比较困难。金属激光切割机实际切割过程中，能切透的板厚是有限的，这与切割前沿铁不能稳定燃烧密切相关。燃烧过程要能持续进行，切缝顶部的温度须达燃点。单独靠铁氧燃烧反应释放的能量，实际上不能确定燃烧过程持续进行。一方面，是由于切缝被喷嘴喷出的氧流连续冷却，降低了切割前沿的温度：另一方面，燃烧形成的氧化亚铁层覆盖在工件表面，阻碍氧的扩散，当氧的浓度降低至一种程度时，燃烧过程将会熄灭。采用传统会聚性光束进行激光切割时，激光束作用于表面的区域很小，由于激光功率密度很高，所以在激光辐射的区域，工件表面温度达了燃点，而且由于热传导，一个更宽的区域达到了燃点温度。而氧流作用于工件表面的直径要比激光束直径要大。这表明在激光辐射 区域， 要发生强烈地燃烧反应，而且在激光束照射的光斑外围也要同时发生燃烧。厚板切割时，切割速度相当慢，工件表面铁氧燃烧的速度要比切割头行进的速度快。燃烧持续一段时间后，由于氧的浓度下降，而导致燃烧过程熄灭。只有当切割头行进到该位置时，燃烧反应又重新开始。切割前沿的燃烧过程是周期性地进行，这样就会导致切割前沿的温度波动，切口质量变差。

2、板厚方向氧纯度和压力不能维持恒定。金属激光切割机厚板切割时，氧纯度下降也是影响切口质量的重要因素。氧流的纯度对切割过程有强烈影响。当氧流纯度下降0.9%，铁氧燃烧率将下降10%；纯度下降5%时，燃烧率将下降37%。燃烧率下降将大大减少了燃烧过程输入到切缝中的能量，降低了切割速度，同时切割面液态层中铁的含量增加，从而增大到熔渣的粘性，导致熔渣排出困难，这样在切口下部就会出现严重的挂渣，使切口质量变得无法接受。为了保持切割稳定进行，要求在板厚方向切割氧流的纯度及压力要基本保持恒定。传统激光切割工艺中，常常使用普通锥形喷嘴，这种喷嘴在薄板切割中能满足使用要求。但在切割厚板时，随着供气压力增大，喷嘴的流场中容易形成激波，激波对切割过程有许多危害，降低氧流的纯度，影响切口质量。

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