图1  正焦距（焦点在工件表面上，切割厚钢板时采用）

随着技术水平的不断提升，汽车行业对产品质量的要求也越来越高，激光切割机以它切割速度快、精度高、割缝小以及切割范围广等特点被广泛应用在汽车零部件加工上。本文主要介绍影响激光切割质量的几种主要因素以及控制方法。

激光切割是利用激光束能量对材料进行热切割，并通过辅助气体将熔融的金属吹走而形成切割缝。激光切割时，把激光器作为光源，通过反射镜导光，聚焦透镜聚焦光束，以很高的功率密度照射被加工的材料，材料吸收光能转变为热能，使材料熔化、气化，激光束就把材料穿透，激光束等速移动而产生连续切口。

影响激光切割质量的因素很多，本文主要结合自身工作特点，从原材料、程序编制以及加工过程参数控制和外界温度方面对切割质量的影响进行分析讨论。

图2  切割喷嘴中心与激光束不同轴

原材料

原材料的状态直接影响激光切割的质量，原因在于材料的表面状态直接影响对光束的吸收，尤其是表面粗糙度和表面氧化层会造成表面吸收率的明显变化。对于锈蚀或者油污较严重的原材料，不仅会影响激光切割的速度，还会导致在切割的过程中出现爆孔或者切不断，切割断面粗糙或积瘤过大的现象。因此，在进行激光切割时必须保证待切割毛坯件表面无严重锈蚀或者油污现象，对于锈蚀或者油污过于严重的零件采取直接退回零件库或者供货方，锈蚀和油污较轻者，可由操作人员自行进行抛光打磨或者进行清洁油污的处理工作。

图3  切割速度过快

程序编制

合理的加工路径可以提高激光切割的速度，保证产品的切割质量。激光切割程序的编制依靠专门的软件进行，目前应用较多的编程软件有PM-300和PM-200，在我单位主要用的是PM-200编程软件。自动编程软件受设备自身结构的限制以及所加工零部件外形特点的制约，自动生成的切割程序存在一定局限性，使机床在切割过程中，对切割尺寸刚好跨越主轴移动距离整数倍的零件，在切割衔接处会出现割缝痕迹较深、积瘤过大等现象，严重影响零部件的外观质量。

因此，在程序的编制过程中工艺人员必须通过调整编程软件中的各类参数，对目标机器的参数以及子程序中主轴一次移动的有效距离根据不同的零件做合理的调整，来达到修改子程序参数的目的，实现最优化的切割路径，避免切割路径跨越主轴的整数倍，减少衔接处割缝的产生，保证产品的外观质量。

图4  切割火花的状态反映切割速度的快慢

焦点位置

焦点位置直接影响切割断面的状态，依据所切割材料的不同可分为零焦距、负焦距和正焦距。当焦点处于最佳位置时，割缝最小、效率最高，最佳切割速度可获得最佳切割结果。由于焦点处功率密度最高，大多数情况下，切割时焦点位置刚好处在工件表面，或稍微在表面以下。在整个切割过程中，确保焦点与工件相对位置恒定是获得稳定切割质量的重要条件。车架上零件多为厚板件（板材厚度达5～8 mm），切幅要相对较宽些。在切割过程中，需要采用正焦距（见图1），即焦点要求在工件表面上，大多数情况下，焦点位置需距离切割工件表面1.5 mm左右。

切割喷嘴

切割喷嘴的作用一方面是为了防止熔渍等杂物往上反弹，穿过喷嘴后，污染了聚焦镜片；另一方面是为了控制气体扩散的面积及大小，从而起到控制切割质量的作用。

图5  辅助气体压力对切割质量的影响

喷嘴与工件间距直接影响喷嘴气流与工件切缝的耦合。喷嘴口太靠近工件表面，对透镜会产生强烈的返回压力，对切割质量有不利影响，但距离太远又会造成不必要的动能损失，对有效切割也不利。一般来说，喷口与工件间距控制在1～2 mm为宜，现代激光切割系统多是通过电容式传感器反馈装置，以自动调节两者距离在预先设定的高度范围内。

喷嘴出口孔中心与激光束的同轴度是影响切割质量优劣的重要因素之一，工件越厚，影响越大。当喷嘴发生变形或有熔渍时，将直接影响同轴度。如果喷嘴与激光不同轴，将对切割质量产生影响。如图2所示，当辅助气体从喷嘴吹出时，气量不均匀，出现一边有熔渍，另一边没有的现象。对切割3 mm以下薄板时，它的影响较小，但对切割3 mm以上的厚钢板时，影响较为严重，有时还会出现无法切透的现象。

综合以上原因喷嘴应小心保存，避免碰伤从而造成变形。如果由于喷嘴的状况不良，从而需要改变切割时的各项条件，那就不如更换新的喷嘴。因此，必须定期对切割喷嘴的状态进行确定，发现存在磨损等现象要及时进行更换。

图6  切割功率合适的切割断面光滑

切割速度

切割速度与被切割材料的密度（比重）和厚度成反比。适当的切割速度能够保证切割线条平稳，切割断面光滑过渡，并且工件的下半部没有熔渍产生。

切割速度如果过快（见图3），可能会造成以下后果：部分区域无法切透，即使切透也会造成斜尖角；整个切割断面粗糙；切割断面呈斜条纹路，工件下半部分产生过多熔渣。切割速度如果过慢，同样会影响切割效率，造成切割缝过宽，尖角部位整个溶化或者造成过熔现象，切割断面粗糙。因此，在实际的生产过程中我们必须通过现场观察切割火花的状态来判断切割速度的快慢（见图4）。如果切割速度合适，激光切割的火花会由上往下均匀扩散，若火花向某一边倾斜，则证明切割速度太快；如果火花呈现不扩散，并且聚集在一起，则说明速度太慢。这两种现象都需要及时对切割速度进行调整，从而保证产品的切割质量。

图7  切割功率不足时的切割效果

切割辅助气体

一般情况下，激光切割过程都需要使用辅助气体，气体的选择必须根据不同材质的切割零件来确定。一般使用氧气切割普通碳钢，低压打孔，高压切割；使用空气切割非金属，低压和高压的压力可调为一样；使用氮气切割不锈钢等，低压氧气打孔。

辅助气体主要用于从切割区吹掉熔渣以形成切缝。激光切割对辅助气流的基本要求是进入切口的气流量大、速度高，以便有足够的动量将熔融材料喷射带出。辅助气体的纯度越高，切割的质量越好。对于车架上厚板件的切割，气体的纯度必须达到99.6%以上。在我单位的实际生产中，我们所使用的气体均为高纯度，达到了99.996%，切割断面质量好。如果切割用气体纯度不满足要求，不仅影响切割质量，而且会造成镜片的污染。

在确保辅助气体纯度的前提下，气体压力的大小也是极为重要的因素。辅助气体的压力如果不合适，也会对切割质量造成一定影响，如图5所示。如果压力不足，不仅在工件切割面处会产生熔渍，而且零件的切割速度无法增快，影响零件的切割效率；如果气体压力过大，气流过猛，会造成切割断面粗糙，切割缝较宽，而且还会导致切断部分熔化，无法形成良好的切割质量。

图8  切割功率过大会使断面熔化

激光功率

激光功率对切割过程和质量有决定性的影响。选择合适的切割功率进行切割，切割断面光滑良好，没有熔渍（见图6）。如果切割功率不足，有可能出现无法切割或者切割后产生较大的熔渍（见图7）；如果切割功率过大，切割断面容易出现熔化的现象，如图8所示。

外界温度

外界温度同样会影响到零部件的切割质量，这一因素主要表现在夏季，尤其针对激光器整个床身裸露在外，不曾封闭起来的设备。水冷机组只有在18～21℃的温度下才能够正常工作，夏季车间的外界温度可以高达32～33℃，水冷机组的温度很难下降，导致在切割的过程中时常会出现切割能量较低、光束少，从而出现切割不透的现象。因此，在开启设备之后需要对反射镜的冷却水路、激光器内部空调和热交换器，空压机周围空气质量进行检查，保证这些跟温度有关的因素均能够正常工作，才能够进行零件的切割。我公司通过增加1组冷干机来满足夏季生产的需要。

结语

综上所述，要保证激光切割机的切割质量，不仅要有合格的板材，最优的切割路径，而且还要有合理的切割参数。随着激光技术的不断成熟，激光加工技术会越来越多地应用于汽车行业以及其他制造与加工业中。