使用光纤激光切割机切割亮面材料(如镜面不锈钢、高光铝、铜、黄铜等)与使用传统的CO2激光有根本性区别和巨大优势,但同样需要特别的技巧来获得最佳效果和保障安全。
核心原理:光纤激光的波长为1.06微米,金属材料对其的吸收率远高于10.6微米的CO2激光。 这意味着光纤激光更不容易被反射,能量利用效率更高,设备反射损坏的风险也大大降低。但这不等于没有挑战。
以下是专为光纤激光切割机设计的亮面切割技巧:
一、 核心优势与前提
首先明确:对于最常见的亮面304不锈钢等,现代光纤激光切割机通常可以直接切割,无需像CO2激光那样复杂的预处理,反射风险极低。 难点主要在于如何获得 “完美无暇”的切割面,防止表面划伤和氧化。
二、 关键技巧与参数优化
1. 气体选择与压力控制(最关键)
· 氮气/高纯氮切割:
· 目的:获得无氧化、银白或本色的亮面切割边缘。
· 压力要求:需要非常高的气压(通常>1.2MPa,甚至更高)。高压氮气能迅速吹走熔融金属,防止其在切割面上氧化变色,同时冷却切缝。
· 纯度要求:使用99.99%或更高纯度的氮气,避免氧气杂质导致切割面氧化发黄发黑。
· 氧气切割:
· 仅适用于追求切割速度,且不介意切割面产生黑色氧化层的情况。对于需要保持“亮面”外观的工件,一般不使用。
2. 喷嘴选择与高度控制
· 使用双层/复合喷嘴:双层喷嘴(如HighSpeed、LowSpeed喷嘴)能形成更稳定、聚集的气流,对熔渣的清除能力更强,尤其适合高压氮气亮面切割。
· 喷嘴孔径:根据板厚选择,通常使用稍大孔径(如φ2.0、φ3.0),以保证足够的气流量。
· 焦点位置:可尝试将焦点略向下调整(更深入板材),有助于获得更垂直、光滑的切割面。
· 切割高度:保持恒定和精确的跟踪高度,确保气流稳定。
3. 激光参数优化
· 功率:使用较高功率配合高速度,可以减少热影响区,避免切缝边缘过度熔化或发黄。
· 频率:提高脉冲频率(如500-1000Hz或更高),可以使切割线更细腻光滑。
· 占空比:调整合适的占空比,在保证切割稳定的前提下,寻找光洁度最好的参数。
· 切割速度:在保证切透的情况下,尽量使用较快的切割速度,以减少热量累积。
4. 焦点管理
· 进行焦点测试,找到针对该亮面材料和厚度的最佳焦点位置。通常一个稍微负的焦点(激光焦点在板材内部)有助于获得更好的断面垂直度。
三、 针对不同亮面材料的特别注意事项
· 镜面不锈钢:
· 首要保护表面:使用高质量的激光切割专用保护膜!这是防止切割时产生的飞溅物和机床台面划伤镜面的最有效方法。
· 切割后,可以轻松撕掉保护膜,得到光洁的表面。
· 铝及铝合金(尤其高光面):
· 反射风险:纯铝和高硅铝的反射率仍然较高。虽然风险低于CO2,但超高功率光纤激光(如万瓦以上)切割时仍需警惕背反射可能对光纤头内部元件的影响。
· 参数:铝导热快,需要更高的峰值功率和更快的速度。使用高纯氮气,并可能需要添加少量氩气来获得更亮的断面。
· 挂渣:铝切割易产生底部挂渣,需要通过优化气压和焦点来克服。
· 铜与黄铜:
· 高反射性:纯铜(紫铜)是反射率最高的金属之一,对光纤激光也有风险。务必从低功率开始测试。
· 吸收问题:可以使用绿光光纤激光器(波长515nm),铜对绿光的吸收率极高,是切割铜材的理想选择,但设备昂贵。
· 黄铜:含锌,切割时会产生锌蒸气,断面易发黑。需用高压氮气并优化参数。
四、 安全与操作建议
1. 首次测试:对于高反射材料(纯铜、纯铝),首次切割时,可先使用废料,并以较低功率进行测试,观察切割状态和机器反馈。
2. 设备检查:确保您的光纤激光切割机的激光头配备了防反射保护装置(如背反射隔离器)。大多数现代中高功率光纤机都已标配。
3. 清洁保养:
· 切割前清洁材料表面油污。
· 定期检查并清洁喷嘴、保护镜片。亮面切割时的高压气体可能更容易将灰尘扬起附着在镜片上。
4. 试切与参数库:建立针对不同材料、不同厚度、不同表面要求的“亮面切割参数库”,每次更换材料时进行小范围试切验证。
总结要点
关键环节 | 推荐操作 | 目的 |
气体 | 高纯氮气 + 高压(>1.2MPa) | 获得无氧化亮面,吹除熔渣 |
表面保护 | 粘贴专用保护膜(不锈钢必备) | 防止划伤和飞溅 |
喷嘴 | 使用双层复合喷嘴 | 稳定高压气流,提升断面质量 |
参数核心 | 高功率、高速度、高频率 | 减少热影响,获得光洁断面 |
高风险材料 | 纯铜、纯铝需格外小心,从低功率试切 | 防范残余反射风险,保护设备 |
设备保障 | 确认激光头具备防反射设计 | 安全底线 |
结论: 对于光纤激光,切割亮面材料的核心已从 “如何防止反射损坏” 转变为 “如何优化工艺以获得完美切割面并保护材料外观”。通过 “高纯氮气高压切割 + 表面贴膜保护 + 精细化参数调整” 的组合拳,完全可以稳定高效地加工高质量的亮面工件。