碳钢材激光切割打孔剧烈溅射的原因分析

　　激光切割工艺中打孔是非常重要的环节，是整个切割的第一道工序，打孔是否成功对激光切割效果至关紧要。含碳钢材在打孔过程经常会遇到剧烈溅射现象产生，对我们激光切割加工造成较大困扰。

　　下面就对激光穿孔的溅射产生原理和我们需要注意的问题与大家一起探讨分享一下。 激光穿孔的原理，激光束是一种在时间上和空间上高度集中的光子流束，其发散角极小、聚焦性能良好，采用光学聚焦系统，可以将激光束会聚到微米量级的极小范围内，武汉华俄激光工程有限公司的HECF3015IE-1000型激光切割机，其焦点上功率密度，可高达108W/cm2以上，当这种微细的高能激光束照射工件上时，在工件上迅速打出一个具有一定锥度的小孔来。打孔的直径和深度，在不考虑材料反射和传导散热损失的条件下可以用能量平衡原理公式算出。式中E为理论激光能量最小值，LP 为材料单位体积破坏能.LB材料的汽化热能，Lm 材料的熔化热能，ø是光束的发散角，d是打孔直径，h是孔的深度。 LP=LB+Lm E=1/4πd2hLP

　　一般金属气化热能要比材料的熔化热能大10倍以上，气化能的存在对氧气环境下的含碳钢材料穿孔有不利影响，气压急剧上升，高速气流猛烈向外喷射。随着激光能量的不断输入，凹坑内的汽化程度加剧，金属蒸气量急剧增多，气压骤然上升，对凹坑的四周产生强烈的冲击波作用，致使高压蒸气带着溶液，从凹坑底部高速向外喷射，使得锥形孔周边形状变得不规则且上口直径变大，孔的深度无法加深，下图是不同焦点位置激光对孔壁的形状影响，我们希望得到近似直孔。

　　在含碳钢材打孔切割时我们需要降低功率密度，采用适当的正离焦方式进行。让功率密度过高的焦点始终在材料的上部，不进入材料内部，以降低在盲孔阶段少剧烈气化构成的方向喷射可以形成近似直孔。我们将没有完成穿孔时形成的盲孔成为坑，切割厚度加大时，我们如果能始终保持焦点位置与坑底的距离不变将大幅提高打孔深度。 激光切割技术发展中，特别是新型光纤激光器不断推出和成熟，切割机的投资成本和使用成本大幅降低，市场需求火爆，可以说2016年激光切割机设备制造行业进入了市场销售量大增黄金期，据不完全统计中小型金属板材切割光纤激光切割机销量超过5000台以上(不包括广告等民用行业)，增速明显，前景广阔。我们华俄激光作为中小功率激光切割的先行者，还需要在激光应用上(切割厚度提升和切割效率提高上)加大技术的研究，保持市场品牌的优势。