切割状态监测功能
智能切割控制系统具备切割状态监测功能（图4），能够杜绝不良品的产生。在切割较厚金属材料时，容易发生烧损或等离子云等不良切割现象，该功能可以通过检测实际切口金属辐射光、焦点亮度、等离子体的聚集情况等信息进行实时采样分析，在即将产生不良切割或等离子云之前，自动调整切割工艺参数，实现自动减速然后再加速，或自动后退再执行程序，从而避免材料损失；在发生切割不良甚至失败前，能够提前终止加工，并可以生成大量的监测数据为工艺参数改进提供依据。
图4 利用传感器技术在线检测切割过程质量
切割区域防热源渗透技术
切割过程中，万瓦级功率激光经聚焦其能量密度可以达50kW／mm2，除作用在被加工板材上以外，大量的能量穿过割缝透射到机床的床体上，以热量的形式被诸如床体机架、支撑剑栅、废料收集漏斗、废料小车等吸收，必将导致上述零部件的烧蚀、变形，甚至引起床体结构件的精度变化，因此隔热防烧措施尤显突出。提高切割板材支撑箱体的强度和刚性，增加剑栅宽度和厚度以及采用耐切割材质如紫铜等，增加床体隔热板厚度并开设吸收热应力和热变形的槽缝，隔热板选用一定厚度的铜材或石墨材料等。总之，万瓦级光源制备技术的成功推出，对热吸收、热传导、热穿透技术的研究不可忽视。
超高速、稳态气流喷嘴技术
影响激光切割质量的因素很多，本文不再赘述。在诸多因素中，喷嘴的结构形式、辅助气体的种类、压力、流量对于切割质量具有极其重要的影响，尤其是万瓦级激光切割工艺对喷嘴结构及相关参量提出更高的要求。目前切割喷嘴主要有单孔式和复合式两种，出光孔和喷气孔以圆柱形和锥形为主，加工简单，制作成本低，但此种结构空气动力学性能较差，气体动能不佳，气体损耗偏大，基本满足6kW以内功率的切割加工。当应用万瓦级激光切割50mm厚不锈钢时，测试结果证明拉法尔喷嘴是高压厚板快速切割工艺最佳的结构形式，其超高速、高压稳态气流，作用在切缝入口和切口内部，形成稳定和高质量的切割。拉法尔喷嘴结构复杂，加工困难，制作成本高，而喷嘴属于消耗件，我们研制了一种既经济又无限逼近拉法尔结构的喷嘴，经批量切割验证，满足用户需求。根据切割厚度和材质的不同，选择不同的喷嘴孔径，万瓦级激光装备切割50mm厚不锈钢（图5），采用孔径为5～7mm的自制喷嘴，稳定、高质量切割速度超过0．1m／min。
图五：不锈钢切割样件
作者简介 宋维建，副总经理，高级工程师，主要从事钣金加工装备及大功率激光设备的技术研发、制造工作，担任江苏省重大科技成果转化项目“超大幅面多功能高速智能数控激光切割机专项基金”项目总负责人，“大台面数控激光切割机关键技术研究与系列产品开发”获上海市科技进步二等奖，“激光高速切割关键技术与产业化”获上海市科技进步三等奖。拥有20多项专利技术。
