影响切割质量和切割速度的重要因素

放眼现代制造工业，激光切割的应用越来越广泛，这一增长势头主要源自于激光切割的诸多优势，如切割材料种类广泛，切割路径灵活多变等。在切割过程中，垂直度的把握直接关系到切割质量和切割速度。

垂直度是限制实际要素对基准在垂直方向上变动量的一项指标。即以一个线或面为基准面，另一个线或面垂直投影到基准面上的长度，就是图（1）中的L。

■（图1）

切割过程中，良好的垂直度不仅带来良好的视觉感受，对于加工精度和加工便捷性也都有大幅提升。那么激光切割过程中影响垂直度的因素都有哪些？

首先，从光学性质上来说，虽然激光是一种高指向性的光束，但实际上也是存在一定的发散性，激光光束的一项指标——发散角，即说明了激光的这一特性。如（2）图所示，θ即为光束发散角，而当激光从激光器进入切割头经过扩束/准直镜和聚焦镜后呈现出（3）图中的状态，这时就涉及到一个非常重要的概念，即“焦深”。

当发散角越大焦距越短时，焦深越短，反之发散角越小或焦距越长，则焦深越长。同功率激光器，短焦深的优势是焦点处能量密度更高，薄板加工速度更快，而长焦深的优势则是厚板切割能力更好。同时鉴于切割时光束在割缝中多次“反射式”传播和被吸收，故长焦深更容易带来好的垂直度。

■（图2）

■（图3）

其次，从切割工艺上来说，切割速度越快带来的断面效果和垂直度越好，所以提高切割速度能够有效优化同一厚度板材切割的垂直度。

但切割速度的提升又要从哪些方面着手？提高速度首先想到的必然是提高激光功率。其次，切碳钢时，特别是薄的碳钢板时，将氧气改为氮气或者空气，也就是将氧化切割方式转变为熔化切割方式，可以有效提升切割速度，但前提是功率足够。