Nguyên lý của việc cắt laser kim loại là sử dụng chùm tia laser làm nguồn nhiệt để chiếu xạ lên bề mặt vật liệu kim loại, khiến nhiệt độ bề mặt vật liệu kim loại tăng lên đến điểm nóng chảy (sôi). Đồng thời, vòi phun phun khí cắt song song với hướng chiếu tia laser để làm nóng chảy (làm bay hơi) vật liệu. Thổi đi (khi khí cắt là khí hoạt tính như oxy thì khí cắt cũng sẽ phản ứng với vật liệu kim loại để tạo ra nhiệt oxy hóa). Bằng cách điều khiển thiết bị chuyển động, đầu cắt di chuyển theo lộ trình định trước để cắt phôi có nhiều hình dạng khác nhau.

Trong quá trình máy cắt laser cắt kim loại, mật độ công suất của tia laser tới là khác nhau và những thay đổi trên bề mặt vật liệu kim loại cũng khác nhau. Nói chung, khi mật độ năng lượng laser trên bề mặt vật liệu kim loại đạt tới 10MW/cm2, bề mặt vật liệu kim loại sẽ nhanh chóng nóng lên đến điểm sôi của vật liệu và bốc hơi mạnh thành hơi kim loại. Khi mật độ năng lượng laser trên bề mặt vật liệu kim loại vượt quá mức 100MW/cm2, hơi kim loại không thể thải ra kịp thời sẽ bị năng lượng laser làm nóng lại, tạo thành đám mây plasma.

Hầu hết đám mây plasma được tạo ra khi cắt laser vật liệu kim loại sẽ bị khí cắt thổi bay và phần nhỏ còn lại sẽ tạo thành đám mây plasma và ảnh hưởng đến quá trình cắt kim loại:

1) Đám mây plasma sẽ lưu lại trên bề mặt vật liệu kim loại, cản trở việc truyền năng lượng laser và làm giảm tốc độ cắt.

2) Đám mây plasma bị mắc kẹt dưới vòi phun sẽ không chỉ làm thay đổi môi trường điện dung giữa vòi phun và vật liệu kim loại mà còn làm nóng vòi phun, ảnh hưởng đến các thông số hiệu suất điện dung của nó, cản trở kết quả phát hiện của bộ điều khiển độ cao điện dung và giảm theo dõi Độ chính xác của điều khiển ảnh hưởng đến hiệu quả cắt.

Lấy tia laser 2000W hiện đang được sử dụng rộng rãi trên thị trường làm ví dụ, nếu sử dụng với đầu cắt 100/125 (tiêu cự của thấu kính chuẩn trực/tiêu cự của thấu kính hội tụ), khi đường kính lõi của bím tóc nhỏ hơn 40 μm thì trung bình mật độ công suất của điểm sáng ở tiêu điểm 0 Nó sẽ đạt mức 100MW/cm2, đặc biệt khi cắt các tấm kim loại mỏng, việc tạo ra các đám mây plasma sẽ dễ dàng hơn.

Để giải quyết vấn đề này, quy trình cắt sau đây có thể giảm thiểu tác động của đám mây plasma một cách hiệu quả đến quá trình cắt:

1. Áp dụng cắt xung. Phương pháp cắt xung một mặt có thể đảm bảo công suất cực đại của tia laser, mặt khác rút ngắn thời gian chiếu xạ của tia laser lên vật liệu kim loại, làm giảm sự tạo ra đám mây plasma.

2. Giảm công suất cắt laser một cách thích hợp. Nếu không thay đổi các điều kiện khác, việc giảm công suất cắt có thể làm giảm mật độ công suất trung bình tại tiêu điểm và giảm việc tạo ra các đám mây plasma. Ví dụ: khi sử dụng tia laser 2000W chế độ đơn để cắt thép không gỉ 1mm ở công suất tối đa và tiêu điểm bằng 0, tốc độ cắt không lý tưởng do ảnh hưởng của đám mây plasma. Khi công suất cắt giảm xuống 1800W, tốc độ cắt tăng 50%.

3. Mở rộng khe cắt một cách thích hợp. Việc mở rộng rãnh cắt không chỉ cung cấp kênh rộng hơn để đám mây plasma phân tán xuống dưới, giảm tác động của đám mây plasma lên quá trình cắt mà còn giúp đẩy nhanh quá trình xả xỉ trong rãnh cắt và nâng cao hiệu quả cắt.

4. Rút ngắn chiều cao cắt một cách thích hợp. Chiều cao cắt không chỉ quyết định trực tiếp độ dày của đám mây plasma giữa vòi cắt và bề mặt vật liệu kim loại (khoảng cách càng ngắn, đám mây plasma càng mỏng) mà còn càng gần vòi cắt thì áp suất cắt càng cao. khí cắt phun ra từ tâm vòi phun (xem hình 2) Sự gia tăng áp suất không khí cắt giúp đẩy nhanh quá trình phân tán đám mây plasma bên dưới vòi phun và làm giảm sự che chắn của tia laser tới bởi đám mây plasma. Vì vậy, trên cơ sở đảm bảo an toàn cho đầu cắt, khoảng cách sau càng ngắn thì càng tốt.

5. Sử dụng vòi cắt phù hợp. Một vòi phun phù hợp có thể tăng tốc độ dòng khí mà không làm tăng đường kính của vòi phun và có thể đẩy nhanh quá trình phân tán các đám mây plasma kim loại.

6. Thêm thiết bị thổi bên và thiết bị làm mát vòi phun vào đầu cắt. Thiết bị thổi bên được sử dụng để thổi bay một phần đám mây plasma và làm giảm sự tích tụ của đám mây plasma bên dưới vòi phun. Thiết bị làm mát vòi phun có thể làm giảm tác động nhiệt của đám mây plasma lên vòi phun và tránh ảnh hưởng đến các thông số hiệu suất điện dung của vòi phun.

7. Sử dụng bộ điều chỉnh chiều cao điện dung tốc độ lấy mẫu cao. Bộ điều khiển chiều cao điện dung tốc độ lấy mẫu cao không chỉ có thể đảm bảo độ chính xác sau mà còn xác định những thay đổi trong đám mây plasma bên dưới vòi phun bằng cách theo dõi những thay đổi về giá trị điện dung. Bằng cách theo dõi những thay đổi trong đám mây plasma, máy công cụ có thể thực hiện các biện pháp như giảm tốc, tạm dừng và cắt xung. Để giảm tác động của đám mây plasma khi cắt.