激光切割时,气压过大通常会对切割过程和结果产生一系列负面影响,主要包括以下几个方面:
1.切割质量下降:
切缝变宽:
过高的气压会过度吹散熔融金属,导致切缝比设定的光斑直径宽很多,影响尺寸精度,尤其是在切割精细轮廓或小孔时。
切面粗糙度增加:
气压过大会导致熔融金属被剧烈、不规则地吹走,而不是平稳地排出。这会在切割面上留下更深的条纹、更多的毛刺和更粗糙的表面。下表面(出口处)尤其明显,可能出现“锯齿状”边缘或“泪滴状”凸起。
挂渣增加:
虽然足够的气压是清除熔渣的关键,但过大的气压反而可能导致问题:
对于碳钢(氧气切割):氧气气压过高可能导致反应过于剧烈,产生更多难以清除的、粘稠的氧化铁熔渣(挂渣),尤其是在切割速度不够快的情况下。
对于不锈钢/铝材(氮气切割):气压过大可能将熔融金属向上或横向吹溅,冷却后粘附在板材下表面边缘形成难以去除的硬质挂渣。
底部毛刺/瘤状物:过强的气流可能将部分熔融金属向上或侧面吹起,在切割边缘底部冷却凝固形成毛刺或瘤状物。
切面倾斜(锥度):在某些情况下(尤其是切割较厚板材时),过大的气压可能加剧切面的上宽下窄(正锥度)或下宽上窄(负锥度)现象,影响垂直度。
2.能量利用效率降低:
冷却效应过强:高速气流会带走大量的热量,对切口区域产生过强的冷却作用。这会降低激光能量的有效利用率,板材需要吸收更多激光能量才能达到熔化/气化温度,可能导致切割速度被迫降低,或者需要更高的激光功率来补偿,增加能耗。
3.喷嘴和光学元件寿命缩短:
喷嘴损耗加剧:高速气流携带熔融金属飞溅物或粉尘颗粒,会以更大的冲击力撞击喷嘴内壁和端面,加速喷嘴的磨损和损坏。频繁更换喷嘴增加成本和停机时间。
光学镜片污染风险增加:过大的气压更容易将切割产生的金属蒸气、粉尘和飞溅物向上反吹或扩散,污染保护镜片甚至聚焦镜片。这不仅影响光束质量,缩短镜片寿命,严重时可能导致镜片过热损坏。
4.气体消耗剧增,成本上升:
这是最直接的经济影响。过高的气压意味着单位时间内消耗的辅助气体(氧气、氮气、空气等)量大大增加,显著提高生产成本,尤其是使用高纯度氮气或氧气时。
5.切割不稳定和异常:
火花飞溅异常:正常切割时,火花束应该是垂直向下喷射的。气压过大时,火花束可能变得散乱、分叉、横向喷射甚至向上反喷,这是切割状态不良的明显信号。
产生“爆破”声:可能听到不规则的“噗噗”或爆破声,表明气流不稳定或对熔池产生了剧烈冲击。
穿透困难或断切:对于较厚板材,过大的气压可能会过度冷却起切点,反而导致难以穿透或切割过程中断切。
板材振动:强大的气流冲击可能引起薄板的振动,影响切割精度和稳定性。
如何判断气压是否过大?
观察火花:火花束散乱、分叉、向上或横向喷射(正常应垂直向下)。
听声音:出现异常的“噗噗”爆破声。
检查切缝:切缝明显比光斑直径宽很多。
检查切面:切面异常粗糙,条纹很深,底部有大量硬质挂渣或瘤状物。
检查喷嘴:喷嘴端面磨损异常快,甚至出现缺口。
测量气体消耗:明显高于推荐值或以往正常值。
总之,激光切割时,辅助气体气压并非越大越好。选择合适的气压需要综合考虑材料类型、厚度、切割速度、激光功率、喷嘴类型和孔径等因素。过高的气压会带来一系列负面影响,包括切割质量劣化、成本增加、设备损耗加快和工艺稳定性下降。操作人员应根据设备手册推荐值、材料特性和实际切割效果进行精细调整,找到最佳的气压参数。