空气负焦切割碳钢时两种常见的挂渣类型
空气负焦激光切割碳钢时，挂渣是一个常见问题。使用空气作为辅助气体，其成本低，但切割断面容易氧化并产生挂渣。根据挂渣的形态和位置，主要可以分为以下两种常见类型及其解决方法。
第一种：底部连续的、呈滴落状的毛刺（挂渣）
这种挂渣通常比较粗大、连续，附着在切割断面的底部边缘，像一串熔融金属珠。
产生原因：
1. 能量不足：这是最核心的原因。负焦切割意味着焦点在板材表面以下，光斑直径变大，能量密度降低。如果能量不足以完全汽化或熔化材料，残留的液态金属就无法被辅助气体完全吹走，从而在底部冷凝形成挂渣。
2. 气压不足或不稳定：空气压缩机提供的压力不够，或者气压波动过大，无法产生足够的动量将熔融的金属液吹离切缝。空气作为辅助气体，其动能远不如氮气，因此对气压要求更高。
3. 切割速度过快：板材相对于激光束移动过快，导致单位长度的材料吸收的能量不足，材料未被完全切透，熔融物来不及被吹走。
4. 焦点位置不当：负焦量设置得过大，导致能量过于分散，切口底部的能量严重不足。
解决方法
1. 优化激光功率：
· 适当增加功率：提高激光功率是直接增加能量输入最有效的方法。确保功率与板材厚度、切割速度相匹配。
2. 调整焦点位置：
· 减小负焦量：尝试将焦点向上调整（即向板材表面靠近），减少负焦量。这会增大切口底部的能量密度。可以进行焦点位置工艺测试，从 -1mm 到 -3mm 等不同参数进行切割，找到挂渣最少的焦点。
3. 调整气体参数：
· 提高空气压力：确保空气压力足够高（例如，对于薄板可能需要 0.8-1.2 MPa，厚板需要更高）。检查空气压缩机和干燥过滤系统，确保气源纯净、干燥且压力稳定。油污或水分会影响切割效果。
4. 降低切割速度：
· 适当降低速度：降低切割速度，使材料有更长时间吸收能量，从而被完全熔化和吹除。速度与功率需要协同调整，找到最佳平衡点。
第二种：底部细小、坚硬的颗粒状挂渣
这种挂渣通常比较细小、坚硬，呈颗粒状或粉末状，牢固地附着在切口背面。
产生原因：
1. 材料过度氧化：这是空气切割的固有特性。空气中的氧气与高温的碳钢发生剧烈的放热氧化反应（Fe + O₂ → FeO/Fe₃O₄/Fe₂O₃）。反应产生的氧化物（主要是氧化铁）熔点高、粘度大，不易被吹走，从而冷凝形成坚硬的挂渣。
2. 热输入过大：虽然能量不足会导致第一种挂渣，但能量过大、速度过慢会导致板材过度燃烧，产生大量高熔点的氧化物，加剧挂渣。
3. 喷嘴磨损或中心不准：喷嘴磨损会导致气流紊乱，无法对称、垂直地进入切缝。喷嘴中心与激光束不同轴，也会削弱气体的吹除能力，使得熔渣无法被有效排除。
解决方法：
1. 优化切割速度与功率的匹配：
· 采用“高速度、适中功率”的策略：在保证切透的前提下，适当提高速度并降低功率，可以减少材料在高温区的停留时间，从而减轻过度氧化反应。这与解决第一种挂渣的思路相反，需要仔细调试。
2. 调整气体参数（策略性改变）：
· 对于薄板，可尝试略微降低气压：过高的气压可能会加剧氧化反应，而不是吹除熔渣。可以尝试在保证能吹走熔渣的前提下，使用较低的气压。
· 确保气体纯净：必须使用干燥、无油的压缩空气。水分会急速冷却熔融金属，并促进氧化，油污会污染镜片并影响切割质量。
3. 检查并更换喷嘴：
· 检查喷嘴状况：定期检查喷嘴是否有磨损、变形或熔渣堵塞。磨损的喷嘴必须立即更换。
· 校准喷嘴中心：使用对中纸或专用的对中工具，确保喷嘴孔的中心与激光束完全重合。这是保证气流方向正确的关键步骤。
4. 使用带涂层的板材：
· 如果加工条件允许，可以使用镀锌板等带涂层的钢材。涂层有时可以在切割过程中起到一定的“助熔”或改变熔渣性质的作用，使挂渣更容易清除。但这并非根本解决方法。
总结与快速排查步骤
当遇到挂渣问题时，建议按以下顺序进行排查和调整：
1. 首先检查硬件：
· 保护镜片是否干净、有无损伤？
· 喷嘴是否完好、尺寸是否正确、中心是否对准？
· 空气压力是否达到设定值且稳定？气源是否干燥洁净？
2. 然后优化焦点：
· 进行焦点工艺测试，找到当前材料和厚度下挂渣最少的焦点位置。空气切割碳钢通常使用负焦点，但具体值需要通过测试确定。
3. 最后协同调整功率与速度：
· 如果挂渣是粗大连续的，优先考虑增加功率或降低速度。
· 如果挂渣是细小坚硬的，优先考虑提高速度或适当降低功率，减少过热氧化。
核心要点：空气负焦切割碳钢的本质是在 “利用氧化反应增加热量” 和 “防止过度氧化产生高熔点熔渣” 之间取得平衡。所有的参数调整都是围绕这个平衡点进行的。由于材料批次、设备状态和环境差异，最优参数需要在实际生产中通过不断测试来获得。
