OFweek激光網(wǎng)訊：切割技術(shù)不斷改進(jìn)，而光纖激光切割成為目前本行業(yè)最前進(jìn)的技術(shù)之一。光纖激光切割技術(shù)僅在近幾年內出現卻以高的電光轉化效率，和低的使用成本和維護費用，受到了越來(lái)越多人的青睞。本文將著(zhù)重分析光纖激光薄板切割的關(guān)鍵因素……

        1.引言

　　1.1激光技術(shù)現狀

　　近年來(lái)，激光技術(shù)在我國飛速發(fā)展，特別是低碳環(huán)保概念的推廣，光纖激光以高的電光轉化效率，和低的使用成本和維護費用，受到了越來(lái)越多人的青睞。激光技術(shù)在我國工業(yè)加工領(lǐng)域得到日益廣泛的應用，它具有切割速度快，切口寬度窄，實(shí)用范圍廣，精度高等諸多優(yōu)勢。激烈的市場(chǎng)競爭，使大家對激光切割質(zhì)量更加關(guān)注。

　　1.2影響激光切割質(zhì)量的因素

　　由上圖我們可以清除的看到激光切割加工過(guò)程非常復雜，影響因素有很多，如果控制不當，其切割精度和質(zhì)量將會(huì )受到很大的影響。如何能夠準確，快速，有效的把握好影響光纖切割質(zhì)量的關(guān)鍵因素，顯得十分重要。

　　1.3激光切割原理

　　激光切割是利用聚焦鏡將準直好的激光束聚焦在切割材料表面，將高能量密度的激光束注入到材料表面，使材料熔化或汽化，同時(shí)與激光束同軸的壓縮氣體由噴嘴噴出，將熔化或汽化的材料由切口底部吹出。然后經(jīng)過(guò)控制平臺的運動(dòng)，形成切割軌跡，得到所需的圖形。

　　2光纖激光薄板切割工藝研究

　　2.1實(shí)驗思路及方法

　　實(shí)驗設備

　　實(shí)驗設備包括激光加工工業(yè)級平臺，其重復定位精度為+/-0.01mm，調高采用高精密自動(dòng)跟蹤電容式調高器，以及高倍光學(xué)顯微鏡及粗糙度測試儀，實(shí)驗的激光器采用上海飛博激光科技有限公司生產(chǎn)的MARS 500w的單模激光，纖徑為20um。CW模式平均功率為500w，在QCW調制脈沖模式下，峰值功率可達到1000w。

　　本次不銹鋼切割實(shí)驗采用QCW連續切割，經(jīng)過(guò)準直和聚焦后光斑直徑約為33um，切割圖形為20mm*20mm方形，為避免激光切口處對切割橫截面的影響，該實(shí)驗加入了5mm的引入線(xiàn)和2mm的引出線(xiàn)。

　　2.2實(shí)驗方法

　　由光纖激光產(chǎn)生的一定功率和能量密度的連續激光，通過(guò)準直，聚焦等光學(xué)系統垂直作用在碳鋼板上，在輔助切割氣體N2的幫助下，形成熔渣，并把熔渣排除后形成割縫，然后經(jīng)過(guò)控制平臺的運動(dòng)，形成切割軌跡，得到所需的圖形。用高倍光學(xué)顯微鏡觀(guān)察切割表面質(zhì)量并作出樣品評估。通過(guò)粗糙度儀測得切割截面的粗糙度RZ值填到C9一欄中。對整個(gè)實(shí)驗過(guò)程進(jìn)行全因子數據分析，找到主效應變量，并尋找最佳切割參數方向。

　　2.3實(shí)驗設計

　　全因子實(shí)驗設計也叫做析因設計,就是實(shí)驗中所涉及到的全部實(shí)驗因素的各水平全面組合形成不同的實(shí)驗條件,每個(gè)實(shí)驗條件下進(jìn)行兩次或兩次以上的獨立重復實(shí)驗。全因子實(shí)驗設計的最大優(yōu)點(diǎn)是所獲得的信息量很多,可以準確地估計各實(shí)驗因素的主效應的大小,還可估計因素之間各級交互作用效應的大小;其最大缺點(diǎn)是所需要的實(shí)驗次數最多,因此耗費的人力、物力和時(shí)間也較多,當所考察的實(shí)驗因素和水平較多時(shí),研究者很難承受。所以本次實(shí)驗的啟動(dòng)參數是以一組經(jīng)驗參數開(kāi)始的，在本次實(shí)驗中以下參數是保持不變的：準直和聚焦光學(xué)系統，噴嘴的直徑，激光功率，切割高度和切割輔助氣體的種類(lèi)。在上述條件不變時(shí)，研究切割速度，切割氣體N2的氣壓，離焦量和焦點(diǎn)位置四組參數因子對切割質(zhì)量的影響。

　　圖1 切割因素變量

述參數是本次實(shí)驗保持不變的外界條件，在研究的4個(gè)參數因子中，在圖1中用X來(lái)表示是未知項。每一個(gè)因子我們選一個(gè)高水平的值，和一個(gè)低水平的值來(lái)研究，做全因子實(shí)驗數據分析，并一一作出切割質(zhì)量評估。

　　本次全因子實(shí)驗有如下幾個(gè)特性:其一,它要求實(shí)驗時(shí)全部因素同時(shí)施加,即每次做實(shí)驗都將涉及到每個(gè)因素的一個(gè)特定水平;其二,因素對定量觀(guān)測結果的影響是地位平等的,即在專(zhuān)業(yè)上沒(méi)有充分的證據認為哪些因素對定量觀(guān)測結果的影響大、而另一些影響小;其三,可以準確地估計各因素及其各級交互作用的效應大小。

　　切割質(zhì)量圖片如下：

　　圖2 切割端面在高倍顯微鏡下呈現的特性

　　在得到切割實(shí)驗樣品后，用粗糙度儀測得的（標1~標15）RZ值填入每一組切割因素相對應的切割質(zhì)量C9一欄內

　　圖3 實(shí)驗數據整理

　　由上述實(shí)驗數據得到的切割質(zhì)量主效應均值圖。

　　圖4 切割質(zhì)量主效應圖

　　由實(shí)驗數據得到的pareto 圖，

　　圖5 實(shí)驗pareto 圖

　　通過(guò)pareto我們可以看出，在3mm不銹鋼板切割中，以切割質(zhì)量為主效應量時(shí)，離焦量，速度，和切割氣體的氣壓對切割質(zhì)量占據了重要的因素。

　　為得到最佳切割質(zhì)量，經(jīng)實(shí)驗數據分析優(yōu)化響應曲線(xiàn)如下圖所示：

　　圖六 優(yōu)化響應曲線(xiàn)

　　由圖六 的優(yōu)化響應曲線(xiàn)可以看到，為能夠得到最優(yōu)的切割質(zhì)量y=90.0000，在本次實(shí)驗中，最佳的切割因子為速度5.0mm/s,N2 14bar,離焦量為-2.0，切割高度為0.8mm。

3.實(shí)驗結論

　　通過(guò)以上實(shí)驗數據，在類(lèi)似厚度為3mm不銹鋼切割實(shí)驗中，實(shí)驗efficient值最大的為離焦量，其次為速度，然后為速度和離焦量的交互作用。最佳切割因子為：速度（5mm/s），切割氣體（氣壓為14bar），離焦量（為-2mm），切割高度為（0.8mm）。

　　4.結束語(yǔ)

　　隨著(zhù)光纖激光器在國內技術(shù)的日益成熟，上海飛博等一批新型高科技公司推動(dòng)了國內激光區域產(chǎn)業(yè)結構調整，打破了國外品牌長(cháng)期壟斷的現象。特別是貴公司在2um激光器，線(xiàn)偏激光器領(lǐng)域彌補了國內這一領(lǐng)域的空白，并有著(zhù)不錯的市場(chǎng)反饋。光纖激光器因其卓越的性能，可靠性，對客戶(hù)來(lái)講是物超所值，可以有理由相信，未來(lái)兩到三年，一定是光纖激光大爆發(fā)的時(shí)代。