激光切割質(zhì)量的評(píng)價(jià)項(xiàng)目分析及解決方案

利用激光進(jìn)行板材的切割正逐漸在加工行業(yè)普及，大多數(shù)用戶對(duì)切口及斷面的四個(gè)衡量指標(biāo)（切口的寬度／切縫、切口的傾角、切口的塌角量、切割面的粗糙度）比較熟悉，但對(duì)其他質(zhì)量指標(biāo)卻很少注意或知之甚少。切割的質(zhì)量要求不僅只是切口的質(zhì)量，其他方面也有一定的要求，主要從切割斷面、切割形狀及精度、金屬組織及強(qiáng)度三個(gè)方面來(lái)衡量。筆者根據(jù)多年的經(jīng)驗(yàn)對(duì)切割質(zhì)量的評(píng)價(jià)項(xiàng)目的三個(gè)方面予以分析，希望對(duì)同仁有所幫助。切割斷面切割斷面作為切割質(zhì)量的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)之一，主要以斷面粗糙度、掛渣、下拉線、變色、缺口作為重要的參考指標(biāo)（表1）。常見(jiàn)的缺陷（表2）有自然/異常燃燒、低速/高速掛渣、未割透等現(xiàn)象，這些現(xiàn)象產(chǎn)生的原因主要與機(jī)床輸出功率、氣體純度、材料表面狀態(tài)等有關(guān)（表3）。本文通過(guò)舉例說(shuō)明粗糙度的具體表現(xiàn)形式（表4）和對(duì)厚度為t=10mm的304不銹鋼進(jìn)行N2切割時(shí)的表面粗糙度（表5），來(lái)闡述切割過(guò)程中各種情形下的粗糙度。某一種斷面的粗糙度還分為上、中、下三個(gè)部分，比如：厚度為t=12mm的碳鋼板在進(jìn)行O2切割時(shí)，切割斷面上部Ru達(dá)12～13μm、中部Rm達(dá)19～20μm、下部Rl達(dá)25～26μm。一般情況下使用高頻率脈沖低速切割的效果比CW（連續(xù)波）高速切割要好，較易獲得好的切割斷面粗糙度，切割尖角效果見(jiàn)圖1。表1切割斷面表2切割斷面的表現(xiàn)形式圖1CW切割和高頻率脈沖（pulse）切割的尖角效果表3斷面缺口說(shuō)明表4表面粗糙度說(shuō)明表5厚度為t=10mm的304不銹鋼進(jìn)行N2切割切割形狀及精度在利用激光進(jìn)行切割過(guò)程中，可能遇到各種各樣的切割形狀，切割過(guò)程中對(duì)于切割產(chǎn)生的割縫、坡度、輪廓、直角度、熔損、變形量及斷面上、下塌角都要做一系列評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（表6），通過(guò)這些評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)我們可以很好的評(píng)價(jià)斷面的切割質(zhì)量。表7、表8、表9對(duì)于具體的一些精度評(píng)價(jià)進(jìn)行了說(shuō)明。表6切割形狀及精度圖2切口狀態(tài)的圖例表7加工精度說(shuō)明表8尺寸精度說(shuō)明下面對(duì)一些具體的案例做一些說(shuō)明，比如：切割薄板長(zhǎng)且窄的工件及切割參數(shù)設(shè)定不當(dāng)時(shí)，易發(fā)生熱變形的現(xiàn)象，即工件在某一方向發(fā)生歪量，如圖3所示。這種缺陷可通過(guò)以下幾種方式改善：⑴對(duì)于長(zhǎng)且窄（縱橫比大）及小尺寸工件可通過(guò)添加微焊接的方式改善；⑵添加微焊接和改變穿孔（piercing）位置／類(lèi)型；⑶采用低熱量加工條件及改變切割路徑。表9熔損說(shuō)明圖3各種切割現(xiàn)象的圖例金屬組織及強(qiáng)度金屬的組織及強(qiáng)度，作為一種內(nèi)在的現(xiàn)象，對(duì)于切割成良好的零部件具有重要的意義，常見(jiàn)的參考的參數(shù)有氧化度、熱影響區(qū)、內(nèi)部龜裂度、再凝固程度等，見(jiàn)表10。合肥二宮機(jī)械有限公司通過(guò)長(zhǎng)年總結(jié)，整理出了常見(jiàn)的金屬連續(xù)切割過(guò)程中的不良現(xiàn)象及解決方案，見(jiàn)表11。為了更好地說(shuō)明金屬切割過(guò)程中，發(fā)生切割不良現(xiàn)象時(shí)的解決辦法。以t=12mm的Q235號(hào)鋼（SS400）的O2切割為例說(shuō)明各種切割斷面及其解決方案：如圖4所示為良好的切割斷面圖，只有合適的焦點(diǎn)位置、適當(dāng)?shù)那懈钏俣?、正確的功率和頻率、適當(dāng)?shù)呢?fù)荷、正確的噴嘴間隙、合適的氣體壓力才能切割出如此完美的切割斷面；如圖5所示為過(guò)燒且切縫寬的切割斷面，這種斷面需要采取降低焦點(diǎn)、降低輔助氣體壓力、提高切割速度或降低負(fù)荷（duty）、給拐角一個(gè)大些的R半徑、調(diào)整適當(dāng)?shù)倪吔菙?shù)據(jù)（edge-data）、使材料冷卻等措施來(lái)獲得完美斷面；當(dāng)切割斷面有缺口時(shí)，這種斷面需要采取降低焦點(diǎn)、降低輔助氣體壓力、提高切割速度或降低負(fù)荷、降低頻率（Hz）、使用質(zhì)量更好的材料等措施來(lái)獲取良好的斷面；當(dāng)切割斷面上部很粗糙時(shí)，這種斷面需采取稍微降低焦點(diǎn)、降低輔助氣體壓力、提高切割速度或降低負(fù)荷等措施來(lái)獲取良好的斷面；當(dāng)切斷面良好，但有點(diǎn)滴狀掛渣（易去除時(shí)，這種斷面需采取稍微降低焦點(diǎn)、提高輔助氣體壓力、降低切割速度或提高負(fù)荷等措施來(lái)獲取良好的斷面；當(dāng)切斷面下部粗糙，且有尖銳狀掛渣（不易去除）時(shí)，這種斷面需采取稍微降低焦點(diǎn)、提高輔助氣體壓力、降低切割速度或提高負(fù)荷、使用更純的輔助氣體等措施來(lái)獲取良好的斷面；當(dāng)整個(gè)切斷面都粗糙，但沒(méi)有掛渣時(shí)，這種斷面需采取稍微提高焦點(diǎn)、降低輔助氣體壓力、降低切割速度或提高負(fù)荷、降低頻率、使用合適的噴嘴、使用表面平滑均勻的材料等措施來(lái)獲取良好的斷面；當(dāng)整個(gè)部件切斷面只在一邊上有掛渣，且遠(yuǎn)點(diǎn)和近點(diǎn)不同時(shí)，這種切割斷面需采取使用合適的噴嘴、檢查噴嘴的中心、檢查Z軸的光束垂直度、檢查焦點(diǎn)的位置、進(jìn)行外光路的準(zhǔn)直和調(diào)整、檢查加工透鏡和輸出功率等措施來(lái)獲取良好的斷面。表10金屬組織及強(qiáng)度表11在進(jìn)行連續(xù)切割加工時(shí)的注意事項(xiàng)圖4良好的切割斷面圖5過(guò)燒且切縫寬的斷面結(jié)束語(yǔ)目前，鈑