碳鋼材激光切割打孔劇烈濺射的原因分析

　　激光切割工藝中打孔是非常重要的環節，是整個切割的第一道工序，打孔是否成功對激光切割效果至關緊要。含碳鋼材在打孔過程經常會遇到劇烈濺射現象產生，對我們激光切割加工造成較大困擾。

　　下面就對激光穿孔的濺射產生原理和我們需要注意的問題與大家一起探討分享一下。 激光穿孔的原理，激光束是一種在時間上和空間上高度集中的光子流束，其發散角極小、聚焦性能良好，采用光學聚焦系統，可以將激光束會聚到微米量級的極小范圍內，武漢華俄激光工程有限公司的HECF3015IE-1000型激光切割機，其焦點上功率密度，可高達108W/cm2以上，當這種微細的高能激光束照射工件上時，在工件上迅速打出一個具有一定錐度的小孔來。打孔的直徑和深度，在不考慮材料反射和傳導散熱損失的條件下可以用能量平衡原理公式算出。式中E為理論激光能量最小值，LP 為材料單位體積破壞能.LB材料的汽化熱能，Lm 材料的熔化熱能，?是光束的發散角，d是打孔直徑，h是孔的深度。 LP=LB+Lm E=1/4πd2hLP

　　一般金屬氣化熱能要比材料的熔化熱能大10倍以上，氣化能的存在對氧氣環境下的含碳鋼材料穿孔有不利影響，氣壓急劇上升，高速氣流猛烈向外噴射。隨著激光能量的不斷輸入，凹坑內的汽化程度加劇，金屬蒸氣量急劇增多，氣壓驟然上升，對凹坑的四周產生強烈的沖擊波作用，致使高壓蒸氣帶著溶液，從凹坑底部高速向外噴射，使得錐形孔周邊形狀變得不規則且上口直徑變大，孔的深度無法加深，下圖是不同焦點位置激光對孔壁的形狀影響，我們希望得到近似直孔。

　　在含碳鋼材打孔切割時我們需要降低功率密度，采用適當的正離焦方式進行。讓功率密度過高的焦點始終在材料的上部，不進入材料內部，以降低在盲孔階段少劇烈氣化構成的方向噴射可以形成近似直孔。我們將沒有完成穿孔時形成的盲孔成為坑，切割厚度加大時，我們如果能始終保持焦點位置與坑底的距離不變將大幅提高打孔深度。 激光切割技術發展中，特別是新型光纖激光器不斷推出和成熟，切割機的投資成本和使用成本大幅降低，市場需求火爆，可以說2016年激光切割機設備制造行業進入了市場銷售量大增黃金期，據不完全統計中小型金屬板材切割光纖激光切割機銷量超過5000臺以上(不包括廣告等民用行業)，增速明顯，前景廣闊。我們華俄激光作為中小功率激光切割的先行者，還需要在激光應用上(切割厚度提升和切割效率提高上)加大技術的研究，保持市場品牌的優勢。