不锈钢薄板激光切孔工艺研究

施晓斌博雷（中国）控制系统有限公司

不锈钢薄板激光切孔工艺研究

施晓斌
博雷（中国）控制系统有限公司

激光打孔技术利用高能量密度的激光束作用在材料表面，使材料气化，从而去除材料实现打孔。相比于其它小孔加工方法，激光打孔更具有优越性，是激光加工的主要应用领域之一。本实验使用连续光纤激光器，以0.3mm的不锈钢薄板为实验材料，进行激光打孔的实验，以激光功率，切割速度，加速度/减速度，调制频率作为四个探究因素研究孔质量的改变。实验结果表明，将各个因素进行综合分析才能得到好的打孔效果。

连续激光器；不锈钢薄板；激光切孔

一、引言

激光打孔技术的主要原理是：当具有高能量高密度的激光束打在材料的表面时，激光束使材料汽化，材料被部分去除，达到打孔的目的。激光打孔是一种具有广泛应用和高效率的打孔方式。本实验使用连续激光器为实验器械，以厚度为0.3mm的不锈钢钢板为实验材料，进行激光打孔的研究。探究的实验因素是激光功率，切割速度，加速度/减速度，调制频率，分别探究它们对孔径质量的影响。

二、实验设备

本实验的主要器械是光纤激光切割机，这种机器的主要原理是：使用光纤激光器发射激光，发射出来的激光具有一定的能量和功率，使用控制软件，将连续激光调制，变成脉冲光，利用光学垂直系统，让脉冲光射到材料的表面，移动微机控制工作台，就可以切割各种材料了。本实验的激光波长为1.06um，切割孔的直径0.5mm，聚焦镜的焦距为50mm，聚焦后的光斑的直径0.05mm，最大功率为500w。

三、工艺实验

（一）实验因素一：激光功率对于孔的质量的影响

调节器械，保证不锈钢薄板处于激光打孔器的光斑焦点位置。将器械的调制频率设为1kHz，速度为30mm/s，加速度/减速度的值为10mm/s，占空比为50%。通过实验的曲线图，我们可以分析得知，当激光的功率低于10%的情况下，无法打孔，激光无法将0.3mm厚的不锈钢板射穿。激光功率增大后，孔径随之增加。在激光功率高于50%以后，孔的表面将出现严重的氧化问题，此时的孔下将有沾渣的出现。所以，激光打孔时，功率不能太大，也不能太小。在现有参数下，30%的激光功率，打孔效果较好。

（二）实验因素二：切割速度对于孔的质量的影响

调节器械，保证不锈钢薄板处于激光打孔器的光斑焦点位置。将器械的调制频率设为1kHz,加速度/减速度的值为10mm/s，占空比为50%，激光功率50%。如果切割速度太低，光斑部分出现很多重叠，将很有可能使材料表面出现严重的氧化现象，同时会出现孔的边缘粗糙，出现材料残渣的相关问题[1]。通过实验的曲线图，我们可以分析得知，当切割速度变大的时候，打孔效果会变得更好，但是如果切割速度过大，会出现严重问题，比如达不到钢板的气化值，没有办法打出完整的孔等等。一般来说，切割速度为50mm/s的时候，打孔的效果较好。

（三）实验因素三：加速度/减速度对于孔的质量的影响

调节器械，保证不锈钢薄板处于激光打孔器的光斑焦点位置。将器械的调制频率设为1kHz，，占空比为50%，切割速度30mm/s，激光功率50%。理论上来说，当加速度/减速度的值变大的时候，打出来的孔的边缘将会变得粗糙，孔的反面的粗糙度很高，并有明显材料残渣出现，如果在加速度/减速度高于5050mm/s的情况下，激光打出来的孔的边缘就会有齿状的痕迹。通过实验的曲线图，我们可以分析得知，在现有参数条件下，加速度/减速度的值不高于40，孔的质量较好。或者，现有参数条件下，加速度/减速度的值为10左右，孔的质量也较好。

（四）实验因素四：调制频率对于孔的质量的影响

调节器械，保证不锈钢薄板处于激光打孔器的光斑焦点位置。将器械的调制频率设为1kHz，，占空比为50%，切割速度30mm/s，激光功率50%。加速度/减速度10 mm/s。从理论上来说，如果调制频率的值比较低的话，那么激光打孔的孔径边缘会出现严重的氧化问题。当调制频率不断变大的时候，孔径边缘的氧化问题就会慢慢得到遏制[2]。一般来说，如果调制频率在1到1.5之间，那么此时孔径边缘的氧化现象比少，孔的边缘粗糙度比较低，材料的残渣出现也较少。如果调制频率不断继续变大，孔边缘的氧化问题又会重新变大，孔径边缘粗糙度继续增大。因此，现有参数条件下，调制频率的值在1到1.5之间会有良好的激光打孔质量。

四、结论

本实验采用了连续型的光纤激光器为实验器械，采用厚度为0.3mm的不锈钢钢板作为实验材料，探究四个不同因素对于孔质量的影响。这四个实验因素分别是激光功率，切割速度，加速度/减速度，调制频率。在激光打孔时，功率过大导致孔径边缘严重的氧化问题，激光功率越大，孔的直径越大。当器械的切割速度变大，孔的质量变好，但是如果切割速度过大，会无法进行激光打孔。当加速度/减速度变大的时候，孔径边缘粗糙度明显增加，如果加速度/减速度的值过大，会在孔径边缘出现严重的氧化问题。调制频率必须保持合适的值，否则也会出现氧化问题。因此，在激光打孔的实际操作中，较好的参数设计是：激光功率40%，切割速度30mm/s，加速度/减速度20mm/s，调制频率1,占空比40%。

[1]孙冬丽.不锈钢薄板激光切孔工艺研究[J].山东工业技术, 2013,（13）：23+40.

[2]王金凤,陈银银.不锈钢薄板激光焊接工艺研究[J].热加工工艺,2012,（01）：108-110.