激光切管機(jī)切割質(zhì)量影響因素分析

文/周鵬飛，林峰，張小衛(wèi)·江蘇揚(yáng)力數(shù)控機(jī)床有限公司

導(dǎo) 語

影響激光切管機(jī)切割質(zhì)量的因素有很多種，本文只是在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，結(jié)合自身的經(jīng)驗(yàn)，從切管系統(tǒng)的固有特性、激光切管工藝以及被切割管材的特性等方面進(jìn)行分析，具體針對(duì)切管機(jī)卡盤的選擇、切割系統(tǒng)的選擇、托料部件的選擇、輔助氣體的選擇、管材材質(zhì)、被切割管材厚度等影響因素加以分析，進(jìn)而提高切管質(zhì)量。

激光切管機(jī)如圖1所示，其工作原理與平面激光切割機(jī)原理相似，都是通過聚焦高密度、高功率的激光束，照射在被切割管材的表面上，在極短時(shí)間內(nèi)將激光光斑區(qū)的溫度升高到被切割管材的熔點(diǎn)或者沸點(diǎn)，使得被切割管材表面迅速熔化或汽化，從而完成管材切割工作。當(dāng)激光光斑沿著所設(shè)定的切割路線移動(dòng)時(shí)，光斑不斷地與被切割管材相互作用形成割縫，切割過程中還需要各種輔助氣體進(jìn)行吹渣、冷卻和助切等。

圖1 激光切管機(jī)

切管系統(tǒng)的固有特性對(duì)激光切割質(zhì)量的影響

卡盤選擇對(duì)切割質(zhì)量的影響

一臺(tái)好的激光切管機(jī)必然有著高品質(zhì)的卡盤組合，優(yōu)秀的卡盤組合對(duì)切管機(jī)的上料、加工、下料等過程都有著決定性的影響，現(xiàn)在市場上的卡盤廠家有很多，每家都有每家的特色，而一套優(yōu)秀的卡盤組合，必然有著能夠出色地保證重復(fù)夾持精度的能力，這樣才能保證每次夾持的管材精度都在可控范圍之內(nèi)?，F(xiàn)在大多數(shù)激光切管機(jī)的廠家，都會(huì)選擇有著兩個(gè)卡盤及其以上卡盤數(shù)量的產(chǎn)品，其中包括兩卡盤、三卡盤以及四卡盤等，都是現(xiàn)在激光切管機(jī)市場的主流選擇趨勢(shì)。

切割系統(tǒng)選擇對(duì)切割質(zhì)量的影響

切管機(jī)廠家選擇了適合自家產(chǎn)品的卡盤組合，相當(dāng)于有了完美的硬件，而要讓硬件充分發(fā)揮其作用，就需要適合的軟件輔助，如優(yōu)秀的管材切割系統(tǒng)?，F(xiàn)在市場上比較熱門的管材切割系統(tǒng)有柏楚、西門子、倍福等企業(yè)研制開發(fā)的切割系統(tǒng)，因?yàn)榧す馇泄軝C(jī)與平面激光切割機(jī)略有不同，除了常規(guī)的X、Y、Z軸，同時(shí)增加了兩個(gè)卡盤的同步旋轉(zhuǎn)軸，而一些激光切管機(jī)的切割系統(tǒng)也會(huì)增加額外的輔助軸，以此來保證在切割管材的整個(gè)過程中，卡盤組合夾持管材，而輔助軸可以保持管材在切割旋轉(zhuǎn)過程中不停地跟隨，從而保證在切割的整個(gè)過程中被切割管材不會(huì)出現(xiàn)下垂的現(xiàn)象，提高管材的切割質(zhì)量。

切管工藝參數(shù)對(duì)激光切割質(zhì)量的影響

托料部件選擇對(duì)切割質(zhì)量的影響

現(xiàn)在市場上的管材基本長度都在6000mm及其以上的長度，這就使得管材很容易在裝夾與切割過程中出現(xiàn)下垂與旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)的現(xiàn)象，極大地影響了切割精度。

為了解決這一問題，激光切管機(jī)廠家開發(fā)出了三卡盤激光切管機(jī)，有的甚至不斷地對(duì)四卡盤切管機(jī)進(jìn)行深入探索，雖然三卡盤激光切管機(jī)與四卡盤激光切管機(jī)無論是從尾料的長度、切割的精度、配合自動(dòng)化上下料部分等方面，都有著良好的發(fā)展前景，但選擇了三卡盤與四卡盤的激光切管機(jī)，則要比傳統(tǒng)的兩卡盤激光切管機(jī)增加了一個(gè)及以上的卡盤和更多的電機(jī)減速箱組合，同時(shí)也需要更加高端復(fù)雜的激光切管機(jī)切割系統(tǒng)進(jìn)行操作，而這些都預(yù)示著制造成本的增加。

所以大部分激光切管機(jī)廠家在優(yōu)化管材在裝夾與切割過程中出現(xiàn)下垂與旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)的現(xiàn)象時(shí)，同時(shí)考慮整個(gè)產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性，最終選擇兩卡盤激光切管機(jī)的方案。在前后卡盤之間增加托料部件，如同激光切割機(jī)的工作臺(tái)，可在裝夾與切割全過程中一直跟隨托舉被切割管材，使之在整個(gè)切割過程中不會(huì)出現(xiàn)下垂與旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)，大大提高了管材的切割精度，同時(shí)與自動(dòng)上下料與半自動(dòng)上料的適當(dāng)搭配有了更多的可能性。

為了提高長管材的切割下料精度，一般在靠近切割頭的卡盤前面還會(huì)同樣增加一個(gè)托料部件，這樣在長管材下料時(shí)，會(huì)在已經(jīng)切割完成的最前端不停地跟隨托舉，從而保證整個(gè)長管材在切割下料過程中不會(huì)出現(xiàn)下垂，以此來提高長管材的切割下料精度。

輔助氣體選擇對(duì)切割質(zhì)量的影響

激光切割機(jī)在工作時(shí)，會(huì)將激光束進(jìn)行透鏡聚焦后形成的光斑照射在被切割材料表面，使其在極短時(shí)間內(nèi)溫度升高，從而達(dá)到被切割材料的熔點(diǎn)或沸點(diǎn)。而在切割過程中，被切割材料的表面可對(duì)激光進(jìn)行一定的反射，切割時(shí)可噴吹輔助氣體以提高被切割材料表面對(duì)激光的吸收，提高切割效率。輔助氣體一般采用氧氣、氮?dú)?、壓縮空氣以及其他惰性氣體。

使用氧氣作為輔助氣體，是因?yàn)檠鯕鈺?huì)促進(jìn)被切割管材表面發(fā)生氧化反應(yīng)，從而提高了切割效率。當(dāng)激光切割功率與切割速度一定時(shí)，氧氣壓力越大，割縫越大，切割斷面條紋就會(huì)粗而大；而當(dāng)降低氧氣壓力時(shí)，割縫變細(xì)，切割斷面條紋細(xì)且光滑，但當(dāng)壓力降到一定值時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)管材單面切割效果顯著但同時(shí)出現(xiàn)掛渣現(xiàn)象，掛渣掉落到對(duì)面會(huì)影響整個(gè)切割精度，有時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)很難切斷被切割管材的情況。而當(dāng)切割高厚度管、異形管或者特殊材質(zhì)的管材時(shí)，則需要用氮?dú)饧捌渌栊詺怏w作為輔助氣體。結(jié)合被切割管材的金屬及物理特性，為了控制成本而不影響整體切割效率，可選擇壓縮空氣作為輔助氣體。

被切割管材的物理特性與化學(xué)特性對(duì)激光切割質(zhì)量的影響

通常來說，不同的被切割管材有著不同的物理特性與化學(xué)特性。物理特性方面，如被切割管材在硬度、熔點(diǎn)與沸點(diǎn)的大小以及是否易熔化等方面的能力各不相同，而在化學(xué)特性方面，如被切割管材在可燃性、穩(wěn)定性、氧化性、助燃性等方面的區(qū)別也很大，這就使得不同的被切割管材對(duì)卡盤大小、輔助氣體的種類與壓力大小以及激光切割功率大小等要求都不一樣。正常情況下，被切割管材厚度越大，則需要更高的激光切割功率。而在切割特殊材質(zhì)的管材如鋁管、銅管、不銹鋼管，甚至一些抗氧化性能極好材質(zhì)制成的管材，以及特殊形狀的管材如異形管、H型鋼、槽鋼、角鋼時(shí)，對(duì)激光切割的功率大小、輔助氣體種類的選擇、卡盤自身的性能也有著不同的要求。而在切割加工加長加重管件，除了考慮激光功率與輔助氣體以外，還要考慮托料部件的選擇來保證整個(gè)切割加工精度。

結(jié) 束 語

通過對(duì)上述影響激光切割管材質(zhì)量因素的分析，可以盡量保證激光切割管材加工質(zhì)量。也使得激光切管機(jī)的生產(chǎn)廠家可以在考慮市場行情的情況下，從客戶的實(shí)際需求出發(fā)，生產(chǎn)出能夠滿足客戶加工要求的先進(jìn)激光切管機(jī)。而對(duì)于廣大的激光切管機(jī)用戶而言，選擇高性價(jià)比的、具有最佳激光切管系統(tǒng)與激光切管工藝參數(shù)的激光切管機(jī)，就能很好地保證生產(chǎn)的管材產(chǎn)品具有很高的加工精度。