二氧化碳激光切割中的两种关键技术

      二氧化碳激光器是目前激光切割的常用设备，其激光器性能、激光束的参数以及数控系统都直接影响到切割效率和切割质量，尤其是对于切割精度较高或者厚度较大的零件。下面，我们就来介绍一些激光切割的关键技术，希望能为执行此类操作的读者带来一定的帮助。

      焦点位置控制技术

      激光器拥有极高的能量密度，这是这种设备的最大优点之一。为了将这一优势挥到极致，我们需要尽可能缩小焦点光斑的直径。焦点光斑直径与透镜的焦深成正比，透镜距离工件越近，焦深就越小，同时焦点光斑的直径也就越小。但是透镜也不可以离工件太近，因为激光切割的过程中会产生飞溅，透镜离工件太近容易造成损坏。因此，综合以上因素考虑，一般大功率二氧化碳激光切割设备广泛采用127到190毫米焦距，所形成的焦点光斑直径在0.1到0.4毫米。

      工业生产中常用的确定焦点位置方法有三种，第一种是打印法，使切割头由上向下运动，在塑料板上进行激光束打印，打印直径最小处即为透镜的焦点；第二种方法是斜板法，水平拉动一个和垂直轴成一定角度斜放的塑料板，激光束最小处即为透镜焦点；第三种方法是蓝色火花法，去掉喷嘴，吹空气，向不锈钢板上打脉冲激光，使切割头由上向下运动，直至蓝色火花最大处即为透镜焦点。

      对于飞行光路的切割机，为了减小由于光束发散角引起的焦点直径变化，国内外激光切割系统制造商们研发了一些专用的装置，比如平行光管、独立移动透镜下轴、聚焦镜水压自动控制、xy方向补偿光路系统等，可以有效保证切割近端和远端时光程长度一致，避免焦点光斑尺寸发生改变。

      切割穿孔技术

      除了少数几种情况外，任何一种热切割技术都需要事先在工件上穿孔，然后再从小孔处进行切割加工。通常，打孔的任务都是由冲压设备来完成的，但是对于没有冲压设备的激光切割机又该怎么办呢？下面两种方法都是可行的。

      一是爆破穿孔技术。使用激光束连续照射材料，在照射中心会形成一个凹坑，然后与激光束同轴的氧流会很快将熔融材料去除形成一个小孔。打出的孔大小与板的厚度有关，平均孔径为板厚的一半。板厚越大，打出的孔径也就越大，同时精确性也越低。而且，由于穿孔所用的氧气压力与切割时相同，形成的飞溅较大。所以，爆破穿孔不适宜在较厚的板或者对精度要求较高的零件上使用。

      二是脉冲穿孔。采用高峰值功率的脉冲激光使少量材料熔化或汽化，常用空气或氮气作为辅助气体，以减少因放热氧化使孔扩展，气体压力较切割时的氧气压力小。每个脉冲激光只产生小的微粒喷射，逐步深入，因此厚板穿孔时间需要几秒钟。一旦穿孔完成，立即将辅助气体换成氧气进行切割。这样穿孔直径较小，其穿孔质量优于爆破穿孔。但是，这种方法对激光器的输出功率和光束的时间以及空间特性要求较高，还需要有较可靠的气路控制系统，以实现气体种类、气体压力的切换及穿孔时间的控制。一般的横流二氧化碳激光器很难适应脉冲穿孔的要求。