从等离子到激光：万瓦激光如何颠覆金属加工

2021-07-08 10:09:17

工艺升级1.0：从等离子到激光

在激光应用普及之前，碳钢中厚板通常用火焰切割、等离子切割、高压水切割等传统工艺，其中以等离子切割为代表。等离子切割是利用高温等离子电弧的热量使工件切口处的金属局部熔化，并借高速等离子的动量排除熔融金属以形成切口的一种加工方法。等离子切割配合不同的工作气体几乎可以切割各种类型的金属，通过调节切割电流也可切割超厚板材。

对等离子切割而言，等离子电源的切割电流其重要的切割工艺参数，直接决定了切割的厚度和速度：电流越大，等离子电弧能量增加，切割能力越强，切割速度也随之提高。但是，切割电流增大也会使等离子电弧直径增加，电弧变粗，使得割缝变宽；同时，切割电流过大也会使喷嘴热负荷增大，喷嘴损伤后切割质量也随之下降。

在加工中薄板时，等离子切割具有速度快、端面光滑等优点，但材料越厚，等离子切割端面越粗糙，垂直度也越差。此外由于等离子电弧直径较宽，使得等离子切割无法切割精密小孔。随着激光的兴起，为应对激光切割的冲击，等离子切割行业开发出精细等离子切割设备，通过缩小喷嘴孔尺寸而产生极度压缩弧，大幅提高电流密度，获得更高的切割精度和更好的光洁度，但依然无法达到激光切割的效果。激光切割凭借更高速、更高精度、更环保而逐步赢得市场认可。早期激光功率较低时，激光切割仅在薄板加工上有优势，无法加工中厚板。近年来激光功率不断走高，从6kW，到8kW，12kW，15kW，20kW，再到30kW，功率不断提升，工艺不断改进，激光切割的瓶颈也不断被打破。

工艺升级2.0：激光切割的工艺迭代

截至目前，碳钢切割随着激光功率的提升已锤炼出四种常用工艺，分别是磨砂面切割工艺、亮面切割工艺、空气／氮气切割工艺、以及新的氧气快速切割工艺。OFweek激光网联合创鑫激光应用中心，使用创鑫激光20kW激光器切割20mm碳钢材料，对各种激光工艺的切割效果进行了测试。

早期的磨砂面切割工艺采用大喷嘴氧气切割，使用功率较低，切割速度较慢，工件锥度也较大。测试中，创鑫激光器输出2.1kW功率，切割速度为0.65m/min，样品单边锥度为0.5mm。

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