激光加工作為一種先進(jìn)的材料切割手段，已經(jīng)越來越為鈑金生產(chǎn)者所接受。隨著計算機控制技術(shù)和光學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們對于其加工能力的期待也越來越高，這種期待不僅僅是對能夠切，更是對切得好和切得快的期待。而能給予回答的當(dāng)然離不開加工機的性能，同時被加工材料優(yōu)劣也直接影響回答的效果。

激光加工起步較早的歐美和日本，自19世紀(jì)80年代起，由激光加工機生產(chǎn)廠商對鋼材生產(chǎn)提出了具體的質(zhì)量要求，從而有了區(qū)別于普通鋼材且價格偏高的激光專用鋼材。而隨著激光加工成為主要的切割手段被接受后，厚度25mm以下的普通鋼板就以激光專業(yè)材料作為標(biāo)準(zhǔn)材料了。然而，由于中國的發(fā)展太快，鋼材生產(chǎn)來不及適應(yīng)，就有了中國鋼材與進(jìn)口鋼材之分。中國板材由于其雜質(zhì)含量、對鋼材表面的處理以及運輸保管等，造成了切割難的現(xiàn)狀。

當(dāng)今中國的粗鋼產(chǎn)量不僅是世界第一，更是超過了全球產(chǎn)量的50%，發(fā)展中國家甚至澳洲、韓國等發(fā)達(dá)國家為節(jié)約成本也在大量使用中國板材，因此研究并提出能夠優(yōu)質(zhì)地加工劣質(zhì)材料的方法和提案，具有十分實用的現(xiàn)實意義。本文提出其中的一些思考以拋磚引玉。

1、中厚板加工中遇到的問題

（1）碳鋼厚板穿孔問題。在厚板加工中穿孔時間占很大比重，各激光廠商紛紛開發(fā)了快速穿孔的技術(shù)，較為有代表性的是高能穿孔（炸孔），這種方法的優(yōu)點是速度快（1s，以厚度16mm為例，以下相同），但不足是其影響對小形狀的加工，穿孔時注入的巨大能量使板材溫度升高進(jìn)而影響接下來的整體切割過程。而如果用小功率脈沖進(jìn)行穿孔，時間就會很長（12s），將導(dǎo)致切割的效率下降和單位成本的提高。

（2）切割面品質(zhì)問題。圖1和圖2所示是加工中厚板時經(jīng)常會遇見的切割斷面，這樣的切割不僅成品質(zhì)量受到質(zhì)疑，還會伴隨著過燒和嚴(yán)重的粘渣出現(xiàn)，以致體現(xiàn)不出高價激光加工機區(qū)別于其他切割手段的價值。

（3）整板加工穩(wěn)定性問題。在對國產(chǎn)鋼材的整板加工中，經(jīng)常會出現(xiàn)局部區(qū)域加工不良的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象有時很隨機，即使在加工機狀態(tài)良好的情況下也會出現(xiàn)，為了處理局部故障品而大大地影響了整個工作進(jìn)度。對此不明原因的加工失敗，提供如下分析和對策提案。

2、解決方案

（1）高峰穿孔（HPP）方案。顧名思義就是利用占空比小的高峰值脈沖激光，輔以噴射在材料表面上的不燃油以清除開孔邊緣附著物，控制脈沖的合理頻率，邊冷卻邊穿孔。其特點是雖然相對于炸孔時間稍長（3s），但穿出的孔徑�。�約φ 4mm）且開孔邊緣無附著物以及入熱較低，便于接下來的正常切割加工，相比普通穿孔則效率提高了4倍。高能穿孔和HPP穿孔的區(qū)別如圖3所示。

（2）切割斷面改善方案。對于碳鋼來說，改善切割斷面的重要因素是控制對板材的入熱，并能保證激光照射部分的充分燃燒。三菱電機開發(fā)的K-CUT加工條件較好地完成了這一使命。圖4所示為在同一塊國產(chǎn)板材上分別用傳統(tǒng)條件和K-CUT條件進(jìn)行切割的效果比較。而對于不銹鋼來說改善切割斷面的重要因素則是光束的改良（改善焦深）與輔助氣體的有效利用。亮面切割技術(shù)就是改善了發(fā)振器和噴嘴所得到的結(jié)果。圖5所示是改善后的效果。斷面上部表面粗糙度值Ra=8μm、下部Ra=12μm，堪比機械加工。

（3）保證加工穩(wěn)定性的方案。為了提高加工機的運行速度，激光機多采用俗稱飛行光路的結(jié)構(gòu)，即材料托盤不動而加工頭在整個可加工區(qū)域內(nèi)運動的形式。而為了補償加工頭與光源相對位置的變化，各廠商也盡可能保證光斑在加工范圍內(nèi)的一致性，使用曲率可變折射鏡是普遍選擇的方式。這種方法雖然結(jié)構(gòu)簡單卻會改變焦深，使在對焦深極為敏感的中厚板切割時會顯得力不從心（既要保持光斑不變又要保持焦深不變）。三菱電機采用的等長光路方式（在可加工范圍內(nèi)光源與加工頭之間光傳播路徑等長）可避免焦深變化，從而使光斑和焦深都保持一致。另外對入熱的重視使板材積累的熱量得到控制，較好地解決了穩(wěn)定性問題。等長光路的原理和在加工區(qū)域中不同位置的加工效果如圖6所示。