大功率激光切割工藝的應(yīng)用

文/周政敏，劉艷明，侯艷森

（廣東鑫源恒業(yè)電力線(xiàn)路器材有限公司，廣東清遠(yuǎn) 511600）

2020年6月，國(guó)家發(fā)改委明確“新基建”范圍，提出“以新發(fā)展理念為引領(lǐng)，以技術(shù)創(chuàng)新為驅(qū)動(dòng)，以信息網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，面向高質(zhì)量發(fā)展需要，提供數(shù)字轉(zhuǎn)型、智能升級(jí)、融合創(chuàng)新等服務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施體系”的目標(biāo)。其中“特高壓”是新基建中的重點(diǎn)項(xiàng)目。電力金具是輸配電中重要的組成部分，能夠連接和組合電力系統(tǒng)中的各類(lèi)裝置，起到傳遞機(jī)械負(fù)荷、電氣負(fù)荷及某種防護(hù)作用的金屬附件。連接類(lèi)金具是電力金具中需求量最大、品類(lèi)最多的產(chǎn)品，其中聯(lián)板類(lèi)產(chǎn)品是金具中最重要的產(chǎn)品之一。采用更加先進(jìn)的智能化生產(chǎn)工藝，對(duì)解決聯(lián)板類(lèi)電力金具產(chǎn)品生產(chǎn)產(chǎn)能瓶頸、減少生產(chǎn)能耗、提高原材料利用率、提高生產(chǎn)質(zhì)量、減少生產(chǎn)成本，都有著重要的意義。

1.特高壓輸電線(xiàn)路對(duì)聯(lián)板類(lèi)電力金具技術(shù)的要求與解讀

1.1 基本要求

特高壓聯(lián)板材料抗拉強(qiáng)度不低于500MPa。聯(lián)板的掛點(diǎn)孔不允許使用套筒焊接，懸垂線(xiàn)夾在垂直導(dǎo)線(xiàn)的平面內(nèi)，自由擺動(dòng)角度不小于±15°；對(duì)于八分裂線(xiàn)路用V形串，擺動(dòng)角度不小于48°。懸垂線(xiàn)夾能在垂直導(dǎo)線(xiàn)的平面內(nèi)自由擺動(dòng)±40°。

1.2 質(zhì)量控制要求

聯(lián)板類(lèi)金具是主要的受力結(jié)構(gòu)件，其連接受力孔多，形狀復(fù)雜，要求孔位準(zhǔn)確，切割表面光潔。金具零部件開(kāi)孔錯(cuò)誤、有缺口及缺材、正常視力可見(jiàn)的氣孔與疏松等缺陷的應(yīng)報(bào)廢，杜絕堵焊、補(bǔ)焊。

1.3 傳統(tǒng)工藝的缺點(diǎn)

目前較多采用的生產(chǎn)工藝為：火焰切割（等離子切割）—打磨—鉆孔（定位—鉆孔—倒角）—壓印—熱鍍鋅。

火焰切割利用氧化鐵燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的高溫來(lái)切割碳鋼。火焰切割設(shè)備的成本低，但是切割面會(huì)產(chǎn)生傾斜角?？鬃鳛橹匾芰Σ课?，不能直接切割出來(lái)，需要鉆孔工序，但是鉆孔容易出現(xiàn)錯(cuò)位、漏鉆等問(wèn)題，導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢。

2.大功率激光切割設(shè)備的應(yīng)用

2.1 激光切割原理

激光切割是利用經(jīng)聚焦后的高功率、高能量密度的激光束照射到要加工的板材上，使被照射的材料迅速熔化、汽化、燒蝕或達(dá)到燃點(diǎn)，同時(shí)借助與光束同軸的高速氣流吹除熔融物質(zhì)，從而將板材割開(kāi)。

2.2 采用激光切割的聯(lián)板生產(chǎn)工藝優(yōu)化

采用激光切割，精度高，表面光潔度高，變形小，因此大部分產(chǎn)品可以將孔直接切割出來(lái)。工藝路線(xiàn)：激光切割—打磨—壓印—熱鍍鋅。

2.3 采用激光切割生產(chǎn)工藝的生產(chǎn)成本核算

采用激光切割生產(chǎn)工藝，其設(shè)備使用的成本計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 設(shè)備使用成本計(jì)算表

2.4 采用激光切割生產(chǎn)工藝的生產(chǎn)效率

采用激光切割，減少了產(chǎn)品周轉(zhuǎn)的次數(shù)，提升了切割效率，提升了鋼板的材料利用率，尤其是對(duì)多孔的PT板、DB板，材料綜合利用率提升了10%。工序鏈減少了2個(gè)重點(diǎn)工序，生產(chǎn)效率提升了35%。激光切割排版如圖1所示。

2.5 采用激光切割生產(chǎn)工藝的生產(chǎn)質(zhì)量

激光切割割縫小，切割面可以不需要打磨，在倒角后，可以直接熱鍍鋅。采用激光切割生產(chǎn)工藝，切割變形小，切縫兩邊平行且與表面垂直，表面粗糙度低，斜口??；切割精度高，定位精度能達(dá)到0.05mm，重復(fù)定位精度可達(dá)0.02mm，杜絕了以往鉆孔定位出現(xiàn)的偏差。通過(guò)對(duì)不同板厚的切割測(cè)量，筆者總結(jié)得出其精度偏差如表2所示。

表2 切割斜度偏差表

3.激光切割設(shè)備生產(chǎn)過(guò)程中的注意事項(xiàng)

3.1 設(shè)備采購(gòu)

國(guó)產(chǎn)激光設(shè)備廠(chǎng)家很多，但是掌握關(guān)鍵技術(shù)的頭部企業(yè)其實(shí)不多。大型設(shè)備的采購(gòu)必須經(jīng)過(guò)多種方式的調(diào)研考察和咨詢(xún)。激光功率是決定工作效率和切割板厚能力的主要因素，因此，應(yīng)按照實(shí)際生產(chǎn)需求選擇激光功率，不能盲目選擇大功率，因?yàn)楣β试酱?，設(shè)備耗材、使用成本就越大。

工作臺(tái)面的選擇必須根據(jù)生產(chǎn)使用的實(shí)際情況來(lái)確定。為了提高工作效率，筆者建議采購(gòu)交換工作臺(tái)。

耗材是設(shè)備使用成本的主要組成部分，耗材是否通用、容易采購(gòu)，也是設(shè)備采購(gòu)的關(guān)鍵因素。

售后服務(wù)是選擇設(shè)備廠(chǎng)家必須考慮的實(shí)際問(wèn)題，尤其是大功率激光設(shè)備。設(shè)備價(jià)值高，維修、使用都是需要非常專(zhuān)業(yè)的技術(shù)指導(dǎo)才能完成的工作。優(yōu)質(zhì)的售后服務(wù)將為以后的設(shè)備使用減少很多煩惱。

3.2 設(shè)備使用和維護(hù)

鏡片的維護(hù)：光學(xué)鏡片表面應(yīng)保證清潔，切忌用手或物直接接觸，這樣容易造成鏡面劃傷。生產(chǎn)過(guò)程中，鏡面會(huì)經(jīng)常沾有灰塵，會(huì)導(dǎo)致切削質(zhì)量下降，甚至導(dǎo)致切割頭溫度超高、設(shè)備報(bào)警停機(jī)，工作人員應(yīng)及時(shí)采用軟綿紙加酒精對(duì)鏡片進(jìn)行擦拭，保證其光潔。不能有效改善或解除報(bào)警的，應(yīng)及時(shí)更換保護(hù)鏡片。

切割頭的維護(hù)：切割頭的中心與激光的同軸度是設(shè)備使用的重點(diǎn)檢查點(diǎn)。切割頭中心偏移會(huì)導(dǎo)致切割不透、排渣不暢、切割面粗糙等缺陷。

在更換切割頭后，技術(shù)人員必須細(xì)心地調(diào)整噴嘴中心與激光的同心度，可以采用黏膠紙與切割頭粘貼接觸，再撕下查看粘貼紙與切割頭接觸痕跡的方式，檢查切割頭的同心度，反復(fù)調(diào)整，直至完全同心。另外，切割頭在使用時(shí)容易沾有熔漬，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致切削質(zhì)量差，甚至不能切削、設(shè)備報(bào)警，應(yīng)及時(shí)清理或者更換。

3.3 切割進(jìn)給速度的選擇

觀(guān)察切割火花的形狀，可判斷進(jìn)給速度是否合適：

（1）切割火花由上往下擴(kuò)散的，且前后擴(kuò)散均勻，切割面呈現(xiàn)較平穩(wěn)線(xiàn)條，且下半部分無(wú)熔漬產(chǎn)生，速度適中。

（2）切割火花向后傾斜，切割速度過(guò)快，應(yīng)調(diào)慢切割速度。

（3）切割火花呈現(xiàn)不擴(kuò)散且火花較小，凝聚在一起，是功率過(guò)大或者速度太慢造成的，應(yīng)將速度調(diào)快。

4.生產(chǎn)質(zhì)量管理和后續(xù)工序處理

切割生產(chǎn)應(yīng)遵循首檢—巡檢—終檢的生產(chǎn)質(zhì)量控制程序。對(duì)切割樣品進(jìn)行首檢，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品編程尺寸的錯(cuò)誤，及時(shí)糾正，可以預(yù)防出現(xiàn)大批量尺寸錯(cuò)誤。巡檢過(guò)程重點(diǎn)檢查產(chǎn)品切割質(zhì)量，預(yù)防因切割過(guò)程中割嘴、鏡片、氣壓等關(guān)鍵指標(biāo)出現(xiàn)異常，即使出現(xiàn)異常，也能夠及時(shí)處理，從而保證產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。

激光切割機(jī)采用雙軌三軸聯(lián)動(dòng)的精密控制方式，定位精度能達(dá)到0.05mm，重復(fù)定位精度可達(dá)0.02mm，完全杜絕了以往鉆孔定位出現(xiàn)的偏差。

經(jīng)過(guò)反復(fù)切割測(cè)量和實(shí)驗(yàn)，大功率激光（20000W）切割設(shè)備切割板厚在36mm～40mm時(shí)，斜角在0.25～0.31°；切割板厚在8mm～32mm時(shí),斜角在0 °～0.15°。因此加工完成后，施工人員還應(yīng)對(duì)孔邊進(jìn)行1×45°倒角。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比，其錐度和孔邊對(duì)受力螺栓的剪切影響甚微。

產(chǎn)品完成切割后，施工人員應(yīng)對(duì)產(chǎn)品周邊進(jìn)行打磨和沖砂處理，打磨掉切割刃面，而沖砂處理能有效減少切割毛刺、銹蝕等，有利于有序的熱鍍鋅加工，且能提高產(chǎn)品鍍鋅后的鋅層附著力。

5.結(jié)語(yǔ)

隨著激光切割技術(shù)的成熟，大功率激光設(shè)備得到了推廣，市場(chǎng)價(jià)格也明顯下降，2萬(wàn)～3萬(wàn)瓦激光切割設(shè)備的出現(xiàn)，給我們提出了更先進(jìn)的智能化加工的技術(shù)。

采用大功率切割工藝，能夠有效提高生產(chǎn)效率，減少產(chǎn)品生產(chǎn)能耗，提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少生產(chǎn)成本，符合節(jié)能、綠色、高效、智能的現(xiàn)代化生產(chǎn)模式，可以切實(shí)提高聯(lián)板類(lèi)電力金具產(chǎn)品的生產(chǎn)效能、產(chǎn)品質(zhì)量，縮短企業(yè)交貨周期。