17、激光切割中焦点位置和入射角对切割质量的影响研究

激光切割中焦点位置和入射角对切割质量的影响研究

1. 实验基础

在激光切割实验里，保持激光功率、切割速度和气体压力在一组特定值不变，此组值在零倾角时能实现高质量切割。实验选用 4mm 厚、尺寸为 80mm×100mm 的 SS 304 试样，按照指定参数切割出 60mm 长的直缝。借助光学显微镜测量上下切口宽度，每次实验对每个切口宽度取四次测量的平均值；同时，从光学显微镜拍摄的切割表面照片中测量条纹深度，每次实验记录二十四个测量值的平均值。

2. 焦点位置研究

2.1 实验设计与回归模型

运用响应面法（RSM）研究三种不同喷嘴的切割质量，实验基于 Box - Behnken 设计。相关工艺参数和实验设计水平如下表所示：
| 工艺参数 | 单位 | 代码 | 喷嘴 1 | | | 喷嘴 2 | | | 喷嘴 3 | | |
| — | — | — | — | — | — | — | — | — | — | — | — |
| | | | -1 | 0 | +1 | -1 | 0 | +1 | -1 | 0 | +1 |
| 激光功率 | W | A | 1075 | 1302 | 1530 | 1075 | 1302 | 1530 | 1075 | 1302 | 1530 |
| 切割速度 | mm/min | B | 1500 | 2000 | 2500 | 1500 | 1900 | 2300 | 1400 | 1800 | 2200 |
| 气体压力 | bar | C | 2.0 | 3.5 | 5.0 | 2.0 | 3.5 | 5.0 | 2.0 | 3.5 | 5.0 |