激光切割什么时候选择负焦

激光切割机的“负焦”（也称为“下焦点”或“焦点在板材内部”）是调整激光焦点位置的一种重要工艺。简单来说，负焦是指将激光的焦点设置在待切割材料表面以下。使用负焦主要基于以下原理和目的：当焦点位于材料内部时，光束在材料表面处的光斑尺寸会变大，能量密度相对降低。但这在特定情况下反而有优势，因为它能形成更宽的锥形光路，有利于：

1. 排出熔渣：更宽的切口让辅助气体（如氧气、氮气）能更有效地将熔融金属吹走，防止挂渣。

2. 获得更好的断面质量：对于较厚材料，能实现更垂直、更光滑的切割断面。

3. 保护镜片：焦点下移可以防止切割产生的飞溅物直接反弹到聚焦镜上。

何时应使用负焦（主要应用场景）

1. 切割较厚的金属材料（尤其是碳钢）

这是负焦最主要的应用场景。

· 原因：切割厚板时，需要更长的能量作用时间来熔化整个厚度。使用负焦（通常为板材厚度的1/3到1/2）可以扩大切口上部的宽度，让氧气（切割碳钢时）能顺畅进入切口底部，维持充分的氧化放热反应，并顺利吹走熔渣。如果使用正焦或零焦（焦点在表面或以上），切口上部太窄，容易导致底部切割不透、挂渣严重、断面粗糙。

· 经验参考：

  · 切割 6mm以上 的碳钢板时，通常需要开始采用负焦。

  · 随着厚度增加，负焦量（焦点深入材料的深度）也需要相应增加。例如，切割20mm碳钢，焦点可能设置在表面以下3-5mm。

2. 追求高质量的切割断面

当对切割断面的垂直度、光滑度和无挂渣有较高要求时，即使是中等厚度的材料，也可能采用轻微的负焦来优化气流和能量分布。

3. 进行穿孔操作时

为防止穿孔时产生的高温熔渣飞溅损坏镜片，通常会先将焦点设置为负焦进行穿孔（能量较低，位置较深），穿孔完成后再将焦点调整到切割所需的设定位置。

何时不应使用负焦

1. 切割薄板材料（通常<3mm）

· 原因：切割薄板追求速度和精度。使用零焦或轻微正焦可使光斑最小、能量最集中，从而获得更窄的切缝、更快的速度和更精细的切口。

2. 进行高精度精密加工时

· 原因：为了保证最小的光斑尺寸和最高的尺寸精度，焦点通常设置在材料表面（零焦）。

3. 使用氮气切割不锈钢以获得亮面时

· 原因：氮气切割不锈钢是依靠激光能量熔化材料，然后用高压氮气吹走熔体，不发生氧化反应。为了获得垂直、光滑、无氧化的“亮面”切割效果，通常采用零焦或轻微正焦，以保证能量集中，切缝窄而整齐。

如何确定最佳的负焦量？

没有一个固定不变的值，最佳焦点位置需要通过工艺测试来确定，并受以下因素影响：

· 材料类型：碳钢、不锈钢、铝的焦点策略不同。

· 材料厚度：厚度越大，通常负焦量也越大。

· 切割气体：氧气切割和氮气切割的焦点策略不同。

· 激光器功率和模式：不同功率和光束质量（如单模 vs 多模）的机器，其最优焦点位置也不同。

通用的测试方法是：

1. 进行焦点标定：首先找到材料表面的“零焦”位置（通常机器有自动或手动标定程序）。

2. 制作焦点测试样件：在相同功率、速度、气体压力下，以不同的焦点位置（例如从+3mm到-3mm，每0.5mm或1mm一个台阶）切割一系列直线或图形。

3. 评估效果：观察每个切口的断面质量、垂直度、挂渣情况、切缝宽度和底部是否切断。

4. 选择最佳点：综合切割质量、稳定性和效率，选择效果最佳的焦点位置作为该材料厚度下的工艺参数。

总结

核心原则：具体的焦点位置永远是材料、厚度、机器功率和所需质量的函数。最佳的工艺参数必须通过现场测试和验证来获得。 在操作时，请务必参考设备制造商提供的工艺参数手册，并结合实际切割效果进行微调。