技术激光切割参数：每项设置如何改变切割结果

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  技术激光切割参数：光束质量与焦点位置
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  功率、速度与占空比如何保持平衡
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  辅助气体类型与压力改变切口化学状态
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  切缝宽度、锥度与热影响区
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  穿孔方式决定孔起始是否干净
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  按材料与厚度给出的参数起始点

每次切割都从聚焦光斑开始。光束质量通常用 M² 表示，说明原始光束能被聚焦到多紧。M² 接近 1.1 的光纤光源可给出零点几毫米宽的光斑。相同功率下 CO2 光源表现不同，因为 10.6 μm 波长会耦合进钢，而在铜上反射。光斑大小不是直接设定的参数，它由光源、准直长度和装入切割头的透镜焦距决定。

焦距才是实际要做的选择。5 in 透镜光斑小、焦深浅，适合 1–3 mm 薄板高速切割。7.5 in 透镜把相同功率分布在更大光斑上，能更深地切入 8–12 mm 厚板。厚材料上切缝变宽、切面变粗，但光束在底部仍有足够能量密度，避免挂渣线。

焦点位置是束腰相对上表面的位置。零焦点把最小光斑放在表面。正焦点把束腰抬到板材上方，顶部切缝变宽，有利于碳钢氧气切割。负焦点把束腰压入材料，是 4 mm 以上不锈钢氮气切割的常用设置。0.5 mm 的偏移就会明显改变挂渣行为，所以焦点应作为精细控制，而不是粗调。

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  小光斑，薄板5 in 透镜，高速，切缝窄
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  大光斑，厚板7.5 in 透镜，穿透更深
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  焦点偏移0.5 mm 可使挂渣从底部转到顶部

功率与切割速度相互锁定。对给定材料和厚度，存在一个切割干净的的速度区间。太慢，光束停留，切缝变宽，边缘出现粗大条纹并严重氧化。太快，光束未完全穿透，出现未切透和上表面飞溅火花。这个窗口往往只有 10–15 % 宽。

对调制光源来说，平均功率不是全部。峰值功率和脉冲频率决定单位长度上输入多少能量。用氮气切 1 mm 不锈钢时，较低频率下更高的峰值功率比相同平均功率连续输出得到更干净的边缘。控制器参数表通常分别列出频率、占空比和峰值功率，原因就在这里。

占空比对反射性和热敏合金很重要。用光纤光源切铜或黄铜时，很大一部分光束被反射，切割头过热，喷嘴磨损更快。降低占空比、提高辅助压力可保持过程稳定。薄钛合金同理，热输入过大会使零件变形，并留下需要后续去除的彩色氧化层。

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  切得太慢切缝宽、氧化重、条纹粗
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  切得太快未完全穿透，上表面飞溅
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  反射性合金降低占空比，提高辅助压力

氧气和氮气的作用不同。氧气与熔融金属发生反应，为切割补充化学能，因此 6 mm 低碳钢用 O2 在 0.5–1.5 bar 下切割速度很快。代价是切口边缘氧化，并产生深零点几毫米的热影响区。氮气是惰性气体，只把熔融金属吹出而不补充热量，所以边缘保持光亮、无氧化，但不锈钢所需压力升至 12–20 bar，切割速度下降。

喷嘴直径决定气流形态。1.5 mm 喷嘴把压力集中在切缝，适合薄板。3 mm 喷嘴分散气流，适合厚板，因为切缝更宽、熔融金属排出距离更长。离板距离同样重要：0.5–1 mm 保持射流集中，3 mm 以上气流发散，切割质量下降。

薄碳钢有时用空气或压缩空气降低成本。切口会氧化，不清洗不能焊接，所以这只适合支架和罩壳，不适合直接进入焊接工装的零件。如果图纸要求可焊边缘，氮气或氧气加后道酸洗是更稳妥的路线。

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  氧气碳钢上速度快，切口氧化
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  氮气切口光亮，不锈钢需 12–20 bar
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  空气成本低，但不能直接焊接

切缝是光束去除的材料。1 mm 不锈钢用 5 in 透镜时约 0.15 mm；10 mm 碳钢可达 0.6 mm。切缝宽度决定可切的最小内圆角，也决定排样时损失的材料量。切缝窄意味着每张板出更多零件，但也意味着熔融金属排出空间更小，必须提高辅助压力来补偿。

锥度是切缝顶部与底部的宽度差。它来自焦点位置、气流和光束穿过板材时的发散。装夹良好时，整个厚度上的锥度保持在 0.05 mm 以内。如果顶部比底部宽，通常焦点太高；如果底部更宽，则焦点太深或气压太低。

热影响区是切口旁组织发生变化的区域。在低碳钢上通常为 0.1–0.3 mm，一般无害。在 17-4PH 或 4130 上，它可能使边缘硬化到影响后续加工的程度。如果切割后零件需要严格公差，留 0.3–0.5 mm 余量，在铣床上精加工，而不是在激光上硬扛热影响区。

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  1 mm 不锈钢切缝约 0.15 mm
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  10 mm 低碳钢切缝最大 0.6 mm
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  锥度目标全厚度内小于 0.05 mm
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  低碳钢热影响区0.1–0.3 mm，一般无害

大多数切割并非从板边开始，而是从穿孔开始，而穿孔往往正是损伤零件的原因。连续爆破穿孔会在材料上烧出凹坑，并把飞溅物抛到上表面。在 3 mm 低碳钢上，飞溅物落在几毫米范围内，可能落到外观面上。在更厚的板上，凹坑本身足够深，会在引入处留下 crater。

脉冲穿孔把同一个孔分解成许多小脉冲。每个脉冲去除一薄层熔融物，孔逐渐形成，飞溅少得多。它耗时更长，在 6 mm 不锈钢上每次穿孔通常 1–3 秒，但表面保持干净，喷嘴寿命更长，因为反射能量更低。对于有外观面的零件，脉冲穿孔是默认选择。

穿孔位置也很重要。排样允许时，把它放在废料上，而不是零件轮廓上。在没有废料的小支架上，在零件上穿孔，然后走引入圆弧，把穿孔凹坑带离成品边缘。1–2 mm 的引入半径通常足以让凹坑避开公差区。

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  爆破穿孔快，飞溅大，有凹坑风险
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  脉冲穿孔较慢，表面干净，喷嘴寿命更长
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  穿孔位置放在废料上，或使用 1–2 mm 引入圆弧