激光穿孔过程中出现"爆孔"现象(孔边缘不规则、熔融金属喷溅、孔周围有凹坑或裂纹),这通常可以通过调整参数和优化工艺来解决。以下是针对爆孔问题的关键解决策略:
1.优化穿孔参数(阶梯穿孔是关键)
降低起始功率/峰值功率(最常见的原因):
过高的起始功率会瞬间汽化过多材料,产生剧烈爆炸性喷射。逐步降低起始功率(或峰值功率),直到爆孔现象消失或显著减轻。
增加起始脉冲频率/占空比(或降低频率):
增加频率/占空比:有时提高起始阶段的脉冲频率(或占空比)意味着每个脉冲的能量降低,但热输入更连续,能更温和地预热材料,避免瞬间剧烈汽化。这相当于"小火慢炖"。
降低频率(较少见):在特定情况下,降低频率让热量有更多时间散失,也能减轻爆孔。需要试验哪种方式更适合你的材料和设备。
增加穿孔时间(阶梯数):
不要追求过快的穿孔速度。给激光更多时间分阶段(阶梯)穿透材料,让热量更均匀地传递和熔化材料,而不是瞬间"炸开"。增加穿孔阶梯的持续时间或增加阶梯数。
优化阶梯功率/时间曲线:
使用激光切割机控制系统的"阶梯穿孔"功能。设计一个功率/频率逐渐上升(或先低后高再低)的曲线,而不是一开始就用最高功率猛轰。例如:
第一阶梯:低功率(30%-50%峰值),高频率,短时间(预热)。
第二阶梯:中等功率(50%-70%峰值),中等频率,中等时间(开始熔化)。
第三阶梯:接近或达到切割功率(80%-100%峰值),切割频率,足够时间穿透(完成穿孔)。
调整焦点位置:
稍正离焦(焦点在材料表面上方一点):可以稍微增大光斑直径,降低能量密度,使穿孔过程更温和,减少爆孔。这是常用的策略。
避免过深负离焦:焦点太深入材料内部,起始穿孔能量密度不足,需要更长时间/更多脉冲才能击穿,累积热量过多后容易突然爆发形成爆孔。
2. 调整辅助气体
降低气体压力:
过高的气体压力(尤其是氧气)会猛烈吹走熔融金属,不仅带走热量影响穿孔稳定性,还会加剧熔融物喷溅,形成爆孔和凹坑。逐步降低穿孔阶段的气体压力,找到既能吹走熔渣又不至于引起爆孔的最低压力。
更换气体类型:
氧气换为氮气/空气:如果材料是碳钢且允许,将穿孔气体从氧气改为氮气或压缩空气。氧气会剧烈氧化金属并释放大量热量(放热反应),显著加剧爆孔。氮气或空气是惰性/弱氧化性气体,穿孔更温和,孔质量更好(但穿孔时间通常稍长)。
氮气转变为更低压力氮气/空气:即使使用氮气,压力过高也会导致喷溅。进一步降低压力。
延迟气体开启:
如果设备支持,设置气体在穿孔开始后稍微延迟一点(例如0.1-0.5秒)再开启。让激光先温和地预热/熔化出一个熔池,然后再引入气体吹渣,可以减少初始扰动。
3. 考虑材料和表面状态
清洁材料表面:
油污、锈迹、涂层、水渍等污染物在高温下会迅速汽化或反应,产生额外的气体和喷溅,导致爆孔。确保穿孔区域表面干净干燥。
板材平整度:
严重翘曲的板材会导致焦点位置不稳定,影响穿孔效果。尽量使用平整的板材或在穿孔位置进行校平。
材料成分/厚度:
某些特殊合金或非常厚的板材可能对穿孔参数更敏感。需要更仔细地调整参数组合。
4.其他注意事项
确保光学镜片清洁:
脏污的镜片(尤其是保护镜)会降低激光功率和光束质量,可能导致穿孔不稳定,间接引发爆孔。定期检查和清洁。
检查喷嘴状态和对中:
损坏或不对中的喷嘴会影响气流稳定性和对称性,导致穿孔异常。确保喷嘴完好且与光束同心。
设备稳定性:
确保激光器输出功率稳定,运动系统平稳。
总结解决步骤
1.优先尝试:显著降低起始/峰值功率,并稍微增加穿孔时间或阶梯数。这是最有效的起点。
2.调整气体:降低气体压力(特别是用氧气时)。如果可行且适用,将氧气切换为氮气或空气。
3.优化阶梯穿孔曲线:设置一个功率/频率逐渐上升的多阶梯穿孔参数,起始阶段务必温和。
4.调整焦点:尝试稍微正离焦(+1mm 到 +3mm,具体值需测试)。
5.检查材料表面:确保穿孔点干净、干燥、无涂层/锈蚀。
6.微调:在以上基础上,微调脉冲频率、占空比、气体开启时间等。
7.硬件检查:清洁镜片,检查更换喷嘴,确保对中。
关键点:解决爆孔的核心在于**降低穿孔初始阶段的能量输入速率和冲击力,让材料更平缓地熔化和穿透。每次调整只改变1-2个参数,并记录效果,这样才能准确找到最优组合。不同的材料、厚度、设备差异很大,需要耐心测试。
如果尝试后仍有困难,可以考虑具体材料、厚度、气体类型和设备型号,采取具体问题采取针对性措施。