激光切割厚板到底難在哪里?

激光切割機對于10mm厚以下鋼板的切割已不成問題。但如果要切割更厚的鋼板， 往往要求助于輸出功率超過5kW的高功率激光器， 而且切割質量也明顯下降。由于高功率激光器設備成本昂貴， 其輸出的激光模式也不利于激光切割， 所以傳統激光切割方法在切割厚板時，不具備優勢。金屬切割厚板的存在以下技術難點：

01

準穩態燃燒過程維持比較困難

金屬激光切割機實際切割過程中，能切透的板厚是有限的，這與切割前沿鐵不能穩定燃燒密切相關。燃燒過程要能持續進行，切縫頂部的溫度必須達到燃點。單獨靠鐵氧燃燒反應釋放的能量，實際上不能確保燃燒過程持續進行。

一方面，是由于切縫被噴嘴噴出的氧流連續冷卻，降低了切割前沿的溫度；

另一方面，燃燒形成的氧化亞鐵層覆蓋在工件表面，阻礙氧的擴散，當氧的濃度降低到一定程度時，燃燒過程將會熄滅。

采用傳統會聚性光束進行激光切割時，激光束作用于表面的區域很小，由于激光功率密度很高，所以不僅僅在激光輻射的區域，工件表面溫度達到了燃點，而且由于熱傳導，一個更寬的區域達到了燃點溫度。而氧流作用于工件表面的直徑要比激光束直徑要大。這表明不僅在激光輻射區域， 要發生強烈地燃燒反應，而且在激光束照射的光斑外圍也要同時發生燃燒。

厚板切割時，切割速度相當慢，工件表面鐵氧燃燒的速度要比切割頭行進的速度快。燃燒持續一段時間后，由于氧的濃度下降，而導致燃燒過程熄滅。只有當切割頭行進到該位置時，燃燒反應又重新開始。切割前沿的燃燒過程是周期性地進行，這樣就會導致切割前沿的溫度波動，切口質量變差。

02

板厚方向氧純度和壓力難以維持恒定

金屬激光切割機厚板金屬切割時，氧純度下降也是影響切口質量的重要因素。

氧流的純度對切割過程有強烈影響。當氧流純度下降0. 9%，鐵氧燃燒率將下降10%；純度下降5%時，燃燒率將下降37%。燃燒率下降將大大減少了燃燒過程輸入到切縫中的能量，降低了切割速度，同時切割面液態層中鐵的含量增加，從而增大到熔渣的粘性，導致熔渣排出困難，這樣在切口下部就會出現嚴重的掛渣，使切口質量變得難以接受。

為了保持切割穩定進行，要求在板厚方向切割氧流的純度及壓力要基本保持恒定。傳統激光切割工藝中，常常使用普通錐形噴嘴，這種噴嘴在薄板切割中能滿足使用要求。但在切割厚板時，隨著供氣壓力增大，噴嘴的流場中容易形成激波，激波對切割過程有許多危害，降低氧流的純度，影響切口質量。

解決這個問題一般有三種辦法：

（1）在切割氧流周圍添加預熱火焰。

（2）在切割氧流周圍添加輔助氧流。

（3）合理設計噴嘴內壁， 改善氣流流場特征。