不锈钢板及不锈钢管在许多领域如建筑业、海洋装置、化学加工业、交通运输机械、医疗器械、石油工业、核装 置、航空及航天工业等有 着广泛的应用。

在应用中人们常用传统的气割或等离子切割对其加工。这些方法存在切缝宽、热影响区宽等缺点, 激光切割具有切割速度快、切缝窄、  热影响区小等优点。 

1. 不锈钢材激光无氧切割容易挂渣的原因  不锈钢管材激光切割和不锈钢板材激光切割一样, 在其切口下边常出现挂渣现象, 熔渣粘附不仅与切割速度有关, 而且还与熔融物的表面张力和粘度有关 。一般说来, 切割速度过慢或过快都会出现粘渣; 熔渣的粘度低和表面张力低, 均有利于熔渣从切口中排除。  在不锈钢钢管激光无氧切割过程中, 由于不存在氧化反应, 完全靠不锈钢材料吸收激光束能量熔化。但 1Cr18Ni9T i 不锈钢的合金元素含量高, 使得熔化物的表面张力非常大( 约 1～2N/ m) , 因此极容易在切口下面形成挂渣。  激光切割不锈钢技术具有很多优点。激光切割不锈钢有多种方法，可以在二氧化碳激光中在切割断面加氧气，也可以加氮气 。其中，加氧气切割，会在切割面形成氧化膜；加氮气切割边缘没有氧化膜和毛刺，不需要作进一步处理。对于切割不锈钢薄板，通常为 4mm以下的不锈钢，激光切割是一个非常有效的加工工具，能够保证不锈钢薄板良好的耐腐蚀性。相对较厚的板也可以用激光切割，但切割部件的尺寸误差也增大了。

 1.1 激光切割的切缝窄、加工精度高，工件变形小激光切割原理和过程是：激光源一般用二氧化碳激光束，激光束聚集在很小的区域范围，聚焦焦点升温快，能量高度集中，局部形成的热量仅有少量热传到钢材的其它部分，但是热量传导的部分远远小于激光束输入的热量。不锈钢材料迅速加热汽化，进而蒸发形成空洞，激光束移动，使孔洞连续形成宽度很窄的切缝，从而完成切割。由于不锈钢板局部升温快，热量被传导的少，切边受热影响很小，因此切口宽度窄，一般只有 0.1-0.5mm，工件基本不变形。  不锈钢切割加氧气可以对较厚的不锈钢板进行切割，切割最大厚度为 20mm。氧作为辅助汽体与熔融金属发生化学反应，该化学反应放热，产生氧化材料，同时化学反应产生的气流能帮助吹走割缝内的熔渣，切割表面光洁美观，因此切缝一般不需要再加工即可焊接，方便了后续加工。激光切割加工的不锈钢板无毛刺、皱折、精度高。激光切割不需要模具，而且目前由微机程序控制，现代激光切割系统能方便切割不同形状与尺寸的工件，不使用模具，也无须修理模具，不仅节省了加工费用、降低了生产成本，而且节约了更换模具的时间。   

1.2 切割速度快  方圆激光采用YAG激光发生器，功率最大600W ，6mm 厚 的 碳 钢 切 割 速 度 为 30mm/min； 2mm 厚的不锈钢切割速度为 60mm/min，不锈钢越薄切割速度就越快，从而提高生产效率。 

1.3 切割能量高、密度可控性好  激光束热量传递少，局部热量高，可实现狭窄的直边割缝，热影响区宽度很小，切缝附近材料的性能也几乎不受影响，局部变形很小，可忽略不计。激光切割与被加工工件无接触，工件无机械变形，因为没有刀具也就不存在刀具变形的情况，不用更换磨损刀具，降低刀具打磨、购买成本；在加工不同形状的零件时更谈不上更换刀具，改变输出参数就能满足不同形状的加工。由于与计算机相结合，便于对不锈钢板的整体排料，节约原料，也容易形成自动化加工。 

1.4 清洁、安全、无污染  激光切割技术大大改善了操作人员的工作环境，由于切割过程没有刀具与共建的摩擦接触，因摩擦产生的噪音就没有了。因此，激光切割具有噪声低，振动小，无污染的特点。 

1.5 缺点  受激光器功率和设备体积的限制，激光切割只能切割中 、小厚度的板材和管材，随着工件厚度的增加，切割速度、切割精度等明显下降。激光切割设备费用高，大型激光切割设备的价格约为 150 万元以上，方圆激光切割机在60万元左右，一次性投资大。 

2 影响激光切割精度的因素  切割精度是衡量激光切割工艺好坏的重要组成部分，不锈钢切割精度不仅取决于激光切割设备的精度，也取决于如下多个因素：

2.1 激光束的形状。激光束通常为锥形，切出来的缝隙自然也是锥形，在这种情况下，厚度越小的不锈钢的切缝就越小，工件厚度越大，精度也就会越低，因此切缝越大。    

2.2 光斑大小。锥形的激光光束聚集后光斑会越变越小，切缝就会越来越窄，该激光切割的精度也变得越来越高。最小的光斑可以达到 0.01mm。光斑大小严重影响着激光切割精度。 

2.3 材料成分不同。切割的精度会因材料的成分不同存在差异，同一材质,局部使用材料会有所不同。激光切割精度在一定程度上也受工件材质的影响。 

2.4 工作台。无论是简单的工作台，还是高精度的工作台，会导致高精度的激光切割效果。3.在数控机床中，工作台是可以移动的，工作台移动轨迹的精度，工作台的平整度等也会对切割精度有影响。           

3.1 熔化切割穿孔技术  输入的激光束功率密度大，能量高，光束照射点处材料内部开始蒸发，形成孔洞，小孔被熔化金属包围，与光束同轴的辅助气流把孔洞周围的熔融材料带走。工件移动，小孔按切割方向同步横移形成一条切缝完成切割。  对于热切割技术,一般都必须采用冲头在板上穿一个小孔然后再用激光从小孔处开始进行切割的方法，只有少数加工工件在加工时可以从板边缘开始。对于没有冲压装置的激光切割机有两种穿孔的基本方法：爆破穿孔：材料经连续激光的照射后在中心形成一个凹坑,与激光束同轴的氧流很快将熔融材料去除形成一个孔。孔的大小与板厚有关,对较厚的板爆破穿孔孔径较大,且不圆,不宜在加工精度要求较高的零件上使用,只能用于废料上。此外由于穿孔所用的氧气压力与切割时相同,飞溅较大。脉冲穿孔：采用高峰值功率的脉冲激光使少量材料熔化或汽化, 常用空气或氮气作为辅助气体。穿孔直径较小,其穿孔质量优于爆破穿孔。所使用的激光器具有较高的输出功率，须要有较可靠的气路控制系统,以实现气体种类、气体压力的切换及穿孔时间的控制。在采用脉冲穿孔的情况下,为了获得高质量的切口,过渡技术应加以重视，在工业生产中主要采用同时改变脉 冲宽度和脉冲频率的办法，取得良好的效果。 

3.2 氧化熔化切割  材料在激光束的照射下在氧气中被点燃，与氧气发生激烈的化学反应，这种反应是放热的反应，进一步释放热量，在热量作用下，不锈钢上形成小孔，小孔被熔融的金属包围，不锈钢内部是充满蒸汽的小孔，氧气的氧气流吹走熔渣，氧气流速越高，燃烧化学反应越剧烈，去除熔渣的速度也越快，但是氧气流速也应控制，不宜过快，若切缝口快速冷却对切割质量不利。当然，氧气流速不是越高越好，因为流速过快会导致切缝出口处反应产物即金属氧化物的快速冷却，这对切割质量也是不利的。氧化熔化切割过程激光照射产热，氧化反应也产热，因此使用氧作辅助气体可获得较高的切割速度。 

3.3 切割加工小孔（直径小与板厚）变形情况的分析解决切割加工小孔径变形常用的处理方式是根据激光切割机的功率大小选择不同的切割方法。对于大功率激光切割机，在加工程序中应将脉冲穿孔的软穿刺方式改为爆破穿孔的普通穿刺方式，即采用爆破穿孔方式保证空洞表面光洁、无毛刺、变形小。对于较小功率的激光切割机在小孔加工为保证表面光洁度，应采取脉冲穿孔的方式。

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2014-101601