激光切割焦点调整技巧

调整焦点位置是保证切割质量（如断面光滑度、垂直度、无挂渣）的关键步骤。简单来说，原则是：通过调整激光焦点相对于板材表面的位置，来控制能量在材料厚度上的分布。下面将从原理、调整方法、不同厚度的具体策略以及注意事项等方面详细解释。

一、核心原理：为什么需要调焦点？

激光束最细、能量密度最高的点称为“焦点”。焦点处的能量最集中，切割能力最强。调整焦点位置的本质是：

· 将能量最集中的区域放在最需要它的地方。

· 控制切口宽度和气流效果。

如果焦点不对，会出现以下问题：

· 焦点过高（离焦量为正）： 能量过于分散，板材底部能量不足，导致切不透、挂渣严重。

· 焦点过低（离焦量为负）： 能量过于集中在上表面，可能烧蚀上表面，但底部能量不足，同样切不透，断面粗糙。

二、常见的焦点位置模式

根据焦点相对于板材表面的位置，可分为三种模式：

1. 零焦点 / 表面焦点： 焦点正好落在板材的上表面。

   · 适用： 切割薄板（例如碳钢1-3mm，不锈钢1-2mm）。此时能量集中，切口窄，速度可以很快。

2. 正离焦： 焦点落在板材内部。

   · 适用： 切割中厚板（最常见的模式）。例如切割4mm以上的碳钢或不锈钢。这样可以使能量在板材厚度方向上有更均匀的分布，形成一个上下均匀的“楔形”切口，获得更好的垂直断面。辅助气体（氧气/氮气）也能更好地吹走熔渣。

3. 负离焦： 焦点落在板材下方。

   · 适用： 某些特定材料的厚板切割，或为了获得更宽的切口（如防止特殊材料反射烧坏镜片）。在实际碳钢和不锈钢切割中较少使用。

一个简单的比喻： 想象用放大镜聚焦阳光点燃纸片。

· 零焦点就像把光点对准纸面，最快点燃。

· 切割厚板就像想点燃一叠纸，需要把光点稍微深入到纸堆内部，让热量在内部传递，而不是只烧焦表面。这就是正离焦的作用。

三、不同厚度板材的焦点调整策略

以下是针对常见的碳钢和不锈钢/铝合金的通用策略。请注意：最佳参数因设备（激光器功率、镜片焦距）、气体纯度、材料品牌而异，以下数值仅供参考，务必以机器的实际切割测试为准。

1. 碳钢（通常使用氧气作为辅助气体）

· 薄板（1mm - 3mm）：

  · 焦点位置： 零焦点或稍正离焦（+1mm ~ +2mm）。

  · 理由： 薄板容易切割，需要窄切口和高速度。零焦点能提供最高的表面能量密度。

· 中厚板（4mm - 12mm）：

  · 焦点位置： 正离焦（+3mm ~ +板材厚度的一半）。例如切8mm板，焦点可设在板材表面以下+3mm到+4mm的位置。

  · 理由： 这是最经典的用法。让焦点深入材料内部，使能量分布更均匀，切口上下一致，底部挂渣少。氧气与铁发生放热反应，焦点深入能更好地维持反应。

· 厚板（12mm以上，取决于激光器功率）：

  · 焦点位置： 更大的正离焦（通常为+5mm以上）。有时甚至会用到焦点在板材中间或偏下的位置。

  · 理由： 需要将巨大的能量充分传递到板材底部，确保底部材料能被充分熔化并被高压氧气吹走。

2. 不锈钢/铝合金（通常使用氮气作为辅助气体，实现无氧化切割）

· 薄板（1mm - 3mm）：

  · 焦点位置： 零焦点或稍负离焦（-1mm ~ 0mm）。

  · 理由： 氮气不参与放热反应，主要靠激光能量熔化材料。需要非常高的能量密度来获得光滑的断面。负离焦有时能帮助更好地控制熔池。

· 中厚板（4mm - 8mm）：

  · 焦点位置： 正离焦（+1mm ~ +板材厚度的1/3）。

  · 理由： 同样是为了让能量在厚度方向上分布更均匀，避免上表面过烧而下表面挂渣。由于氮气冷却作用强，需要更精确的能量控制。

· 厚板（8mm以上）：

  · 焦点位置： 较大的正离焦（+3mm ~ +6mm或更大）。

  · 理由： 确保底部有足够的能量密度，防止因底部能量不足而无法切断。

四、如何实际操作调整焦点？

现代光纤激光切割机通常有以下几种调焦方式：

1. 自动调焦（推荐）：

   · 在数控系统（CNC）上直接输入“焦点位置”或“离焦量”的数值。机器会自动控制聚焦镜片组升降，精确到达指定位置。

   · 这是最常用、最精确的方法。

2. 手动调焦：

   · 一些老式设备或特定情况下，需要手动旋转聚焦镜筒上的刻度环来调整焦点位置。

   · 操作前务必查阅设备手册，了解刻度与实际离焦量的关系。

3. 穿孔高度与切割高度：

   · 注意区分这两个概念。穿孔高度是打孔时喷嘴离工件的距离，切割高度是切割时的高度。焦点调整是在切割高度确定后进行的微调。通常切割高度是固定的（如0.8mm-1.5mm），然后在此基础上调整焦点位置。

五、实践技巧与注意事项

1. 进行切割测试： 永远不要完全依赖理论值。找一块材料废料，做一个焦点台阶测试。

   · 方法： 画一个矩形，在切割过程中，让机器每隔一段距离自动改变一个焦点值（例如从-3mm到+3mm，每段间隔0.5mm）。

   · 观察： 切割完成后，观察每一段的断面质量、挂渣情况。断面最光滑、垂直度最好、挂渣最容易脱落的那一段，对应的就是该材料厚度和当前功率下的最佳焦点。

2. 参数联动： 焦点不是独立存在的。调整焦点后，切割速度、激光功率、气体压力可能都需要联动调整。

   · 焦点下调（更深的离焦）时，能量密度降低，可能需要适当降低切割速度或增加功率。

   · 设备厂商提供的参数库是极好的起点。

3. 保护镜片： 确保聚焦镜片清洁。脏的镜片会散射能量，影响焦点实际效果，甚至导致镜片烧毁。

4. 记录最佳参数： 为每种常用材料、厚度建立自己的参数表，记录下经过验证的最佳焦点位置、功率、速度等，可以大大提高未来工作的效率。

总结

实践出真知。 多做焦点台阶测试，是掌握激光切割工艺最快最有效的方法。