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鸿镭激光带您了解管材激光切割的关键技术
日期:2018-09-14 来源:本站 点击:1006

随着科学技术和工业领域的发展,在航空器制造、工程机械、交通运输、石油化工、农牧机械等工业部门中,已经广泛采用管材制造零件。在实际生产中,管材有生产成本低、加工成形性好、结构件重量轻以及节省材料等优点,所以管材切割在工业领域中有着很重要的地位。由于管材的形状、尺寸及应用场合的不同,而且管材切割受加工质量等因素的制约,因此选用合理的加工设备、加工方法以及工艺措施是十分重要的。

管材切割存在着诸多不便,而国内传统的切割方法虽然也能达到应用效果,但是加工效率低下、加工效果较差,因此将管材切割与激光技术相结合,会使管材切割领域有着更加广阔的发展前景。今天小编就来谈一下管材激光切割机的主要关键技术有哪些:

导光聚焦系统

激光切割设备中,导光系统的作用是把激光发生器输出的光束引导到聚焦光路的切割头上。对于激光切割管材,要得到高质量的切缝就需要聚焦光束的聚焦光斑直径小、功率高,这就使得激光发生器进行低阶模输出。

在进行管材激光切割时,为了获得较为细小的光束聚焦直径,激光的横模阶次要小,最好是基模。激光切割设备的切割头带有聚焦透镜的,激光光束通过透镜聚焦后,就能获得较小的聚焦光斑,这样就可进行高质量的管材切割。

切割头的轨迹控制

在管材切割中,被加工的管材属于空间曲面,形状比较复杂,如果用常规方法编程加工会有一定的困难,这就要求操作人员根据加工工艺要求,选择正确的加工路径以及合适的参考点,利用数控系统记录下各轴的进给情况以及参考点的坐标值,再通过激光切割系统的空间直线和圆弧插补功能,记录加工过程的坐标值,并生成加工程序。所以研究激光光束与切割管材的自动垂直功能也是管材激光切割的重要技术内容之一。

激光切割焦点位置的自动控制

为了保证激光切割管材的切割质量,可以通过自动测量和控制装置使焦点相对工件表面的垂直方向不变,这是激光切割管材的关键。目前,我们通过对激光焦点位置的控制与激光加工系统直线轴(X-Y-Z )的一体化,使激光切割头的运动更加轻巧灵活,而且对焦点的位置都能了如指掌,避免了切割头在加工过程中与切割管材或者其他物件发生碰撞。

主要工艺参数的影响

激光切割管材在当今工业社会的应用越来越广泛,所要切割的管材也越来越多样化,且管类零件自身也有其复杂性,因此根据切割管材的材质、形状和加工要求,选择合适的激光切割工艺参数,获得最佳的切割效率和切割质量,成为所有激光切割系统用户最关心的问题。

⑴光功率的影响。

对于连续波输出的激光发生器来说,激光功率的大小会对激光切割产生重要的影响。理论上来说,激光切割管材设备的激光功率越大可获得的切割速度越大,但是结合管材自身的特点,最大的切割功率并非最佳的选择。当提高切割功率时,激光自身的模式也发生变化,这就会影响激光光束的聚焦。在实际加工中,我们常常会选择在小于最大功率的情况下,让焦点获得最高的功率密度,从而保证整个激光切割的效率与切割质量。

⑵切割速度的影响。

激光切割管材时必须保证切割速度在一定的范围内才能获得较好的切割质量。如果切割速度偏慢,过多的热量就会堆积在管材表面,热影响区变大,割缝变宽,排出的热融材料烧灼切口表面,使得切口表面变得粗糙。当切割速度加快时,管材圆周平均切缝宽度变小,而且被切割管径越小这种影响越明显。随着切割速度的加快,激光作用的时间缩短,管材吸收的总能量变少,管材前端温度下降,割缝宽度减小,如果切割速度过快,会出现管材割不穿或者割不断的情况,从而影响整个切割质量。

⑶管径大小的影响。

激光切割管材时,管材自身的特性对加工过程也会产生很大的影响。例如圆管管径的大小对加工质量有着明显的影响,通过对激光切割薄壁无缝钢管的研究发现,激光切割管材设备在各项工艺参数保持不变的情况下,管径不断增加切缝宽度也会不断增加。

⑷辅助气体的种类与压力。

切割非金属和部分金属管材时,可以使用压缩空气或者惰性气体(如氮气)作为辅助气体,而对于大多数金属管材则可以使用活性气体(如氧气)。在确定辅助气体的种类之后,确定辅助气体的压力大小也显得极为重要。当以较高的速度切割管壁厚度较小的管材时,则应提高辅助气体的压力,以防止切口出现挂渣;当切割管壁厚度较大或者切割速度较慢时,应适当降低辅助气体的压力,以防止出现管材割不穿或者割不断。

在激光切割管材时,光束焦点所处的位置也十分重要。切割时焦点位置一般在切割管件的表面位置,当焦点处于较好位置时,割缝最小,切割效率最高,同时获得的切割效果也最好。大多数情况下,光束焦点调整到喷嘴下方,喷嘴与管材表面的间距大约为1.5mm。与此同时,激光脉冲波形、光输出模式等因素也都对切割效果产生一定的影响。

激光切割管材离不开硬件─激光切割系统(包括激光发生器)和软件─激光切割工艺这两方面技术的支撑。从硬件来看,未来的激光割管机会朝着高速度、高精度、高自动化、柔性化、功能多样化的方向发展;从软件来看,未来的激光切割会与数控技术不断结合,以开发出新的软件,因此对激光切割工艺数据的收集与整理,建立和完善专家系统,对整个激光切割行业的发展都具有重要意义与研究价值。

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