激光切割机厚板切割的困难和解决方案

对于厚度小于10毫米的钢板来说，激光切割机不再是问题。但是，如果我们要切割较厚的钢板，我们往往需要输出功率超过5kW的高功率激光器，切割质量也会显著降低。由于大功率激光设备成本高，输出激光模式不利于激光切割，传统激光切割方法在切割厚板方面没有优势。

金属切割厚板存在以下技术难题

1. 难以保持准稳定的燃烧过程。

在金属激光切割机的实际切割过程中，可切割的板材厚度有限，与尖端铁的不稳定燃烧密切相关。要继续燃烧过程，缝隙顶部的温度必须达到点火点。单单氧化铁燃烧反应释放的能量并不能保证持续燃烧过程。一方面，由于从喷嘴的氧气流不断冷却，尖端的温度降低：另一方面，燃烧形成的氧化铁层覆盖了工作件表面，阻碍了氧气的扩散。当氧气浓度降低到一定程度时，燃烧过程将被扑灭。

当传统的收敛光束用于激光切割时，激光束在表面上的作用区域非常小。由于激光功率密度高，工作件的表面温度不仅在激光辐射区到达点火点，而且由于热传导在更宽的区域。工作件表面的氧流直径大于激光束的直径。这表明，不仅在激光辐射区，发生强烈的燃烧反应，而且在激光点的外围。

切割厚板时，切割速度相当慢，工作件表面的氧化铁燃烧速度比切割头快。燃烧持续一段时间后，由于氧浓度降低，燃烧过程被扑灭。只有当切割头移动到此位置时，燃烧反应才会重新开始。尖端的燃烧过程是定期进行的，这将导致尖端的温度波动和切口质量差。

2. 很难保持氧气的纯度和压力恒定在板厚的方向。

用金属激光切割机切割厚板时，氧纯度的降低也是影响切口质量的重要因素。氧气流的纯度对切割过程有很强的影响。当氧气流动的纯度降低0.9%时，燃烧率将降低10%：当纯度降低5%时，燃烧率将降低37%。燃烧速率的降低将大大降低燃烧过程中对切割接缝的能量投入，降低切割速度。同时，切割表面液体层中的铁含量增加，增加了渣的粘度，使渣难以排出。这样，切口的下部就会有严重的渣渣，使切口的质量难以接受。

为了保持切割稳定，应保持板厚方向氧气流动的纯度和压力不变。在传统的激光切割工艺中，常用普通锥形喷嘴，可以满足薄板切割的要求。但在切割厚板时，随着供气压力的增大，喷嘴流场容易形成冲击波，对切割过程危害很大，降低了氧流的纯度，影响了切口的质量。

有三种方法可以解决这个问题

（1） 在切割氧气流周围加入预热火焰：

（2）在切割氧流周围加入辅助氧流：

（3） 应合理设计喷嘴内壁，以提高流场特性。