管材激光切割系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

金屬管材在航空器制造、工程機(jī)械、汽車工業(yè)、石油化工、農(nóng)牧機(jī)械等行業(yè)應(yīng)用非常廣泛。因應(yīng)用場(chǎng)景的不同,需要加工成不同形狀、不同尺寸的零件,以滿足不同行業(yè)的需要。激光加工技術(shù)特別適合應(yīng)用于各種金屬管材的加工。管材激光切割系統(tǒng)有著高柔性、高自動(dòng)化的特點(diǎn),能實(shí)現(xiàn)不同材料小批量多品種的生產(chǎn)模式。

1、導(dǎo)光聚焦系統(tǒng)

導(dǎo)光聚焦系統(tǒng)的作用是把激光發(fā)生器輸出的光束引導(dǎo)到聚焦光路的切割頭上。對(duì)于激光切割管材,要得到高質(zhì)量的切縫就需要聚焦光束的聚焦光斑直徑小、功率高。這就使得激光發(fā)生器進(jìn)行低階模輸出。在進(jìn)行管材激光切割時(shí),為了獲得較為細(xì)小的光束聚焦直徑,激光的橫模階次要小，最好是基模。激光切割設(shè)備的切割頭帶有聚焦透鏡,激光光束通過透鏡聚焦后,就能獲得較小的聚焦光斑，這樣就可進(jìn)行高質(zhì)量的管材切割。

2、切割頭的軌跡控制

在管材切割中,被加工的管材屬于空間曲面,形狀比較復(fù)雜,如果用常規(guī)方法編程加工會(huì)有一定的困難,這就要求操作人員根據(jù)加工工藝要求,選擇正確的加工路徑以及合適的參考點(diǎn),利用數(shù)控系統(tǒng)記錄下各軸的進(jìn)給情況以及參考點(diǎn)的坐標(biāo)值,再通過激光切割系統(tǒng)的空間直線和圓弧插補(bǔ)功能,記錄加工過程的坐標(biāo)值,并生成加工程序。

3、激光切割焦點(diǎn)位置的自動(dòng)控制

如何控制激光切割焦點(diǎn)位置是影響切割質(zhì)量的重要因素。通過自動(dòng)測(cè)量和控制裝置使焦點(diǎn)相對(duì)工件表面的垂直方向不變,是激光切割管材的關(guān)鍵技術(shù)之一。通過對(duì)激光焦點(diǎn)位置的控制與激光加工系統(tǒng)直線軸( X-Y-Z )的- -體化,使激光切割頭的運(yùn)動(dòng)更加輕巧靈活,而且對(duì)焦點(diǎn)的位置都能了如指掌,避免了切割頭在加工過程中與切割管材或者其他物件發(fā)生碰撞。

主要工藝參數(shù)的影響

1、光功率的影響

對(duì)于連續(xù)波輸出的激光發(fā)生器來說,激光功率的大小會(huì)對(duì)激光切割產(chǎn)生重要的影響。理論上來說,激光切割管材設(shè)備的激光功率越大可獲得的切割速度越大,但是結(jié)合管材自身的特點(diǎn),最大的切割功率并非最佳的選擇。當(dāng)提高切割功率時(shí),激光自身的模式也發(fā)生變化,這就會(huì)影響激光光束的聚焦。在實(shí)際加工中,我們常常會(huì)選擇在小于最大功率的情況下,讓焦點(diǎn)獲得最高的功率密度,從而保證整個(gè)激光切割的效率與切割質(zhì)量。

2、切割速度的影響

激光切割管材時(shí)必須保證切割速度在一定的范圍內(nèi)才能獲得較好的切割質(zhì)量。如果切割速度偏慢,過多的熱量就會(huì)堆積在管材表面,熱影響區(qū)變大,割縫變寬,排出的熱融材料燒灼切口表面,使得切口表面變得粗糙。當(dāng)切割速度加快時(shí),管材圓周平均切縫寬度變小,而且被切割管徑越小這種影響越明顯。隨著切割速度的加快,激光作用的時(shí)間縮短,管材吸收的總能量變少,管材前端溫度下降,割縫寬度減小,如果切割速度過快,會(huì)出現(xiàn)管材割不穿或者割不斷的情況,從而影響整個(gè)切割質(zhì)量。

3、管徑大小的影響

激光切割管材時(shí),管材自身的特性對(duì)加工過程也會(huì)產(chǎn)生很大的影響。例如圓管管徑的大小對(duì)加工質(zhì)量有著明顯的影響,通過對(duì)激光切割薄壁無縫鋼管的研究發(fā)現(xiàn),激光切割管材設(shè)備在各項(xiàng)工藝參數(shù)保持不變的情況下,管徑不斷增加切縫寬度也會(huì)不斷增加。

4、輔助氣體的種類與壓力

切割非金屬和部分金屬管材時(shí),可以使用壓縮空氣或者惰性氣體(如氮?dú)?作為輔助氣體,而對(duì)于大多數(shù)金屬管材則可以使用活性氣體(如氧氣)。在確定輔助氣體的種類之后,確定輔助氣體的壓力大小也顯得極為重要。當(dāng)以較高的速度切割管壁厚度較小的管材時(shí),則應(yīng)提高輔助氣體的壓力,以防止切口出現(xiàn)掛渣;當(dāng)切割管壁厚度較大或者切割速度較慢時(shí),應(yīng)適當(dāng)降低輔助氣體的壓力,以防止出現(xiàn)管材割不穿或者割不斷。在激光切割管材時(shí),光束焦點(diǎn)所處的位置也十分重要。切割時(shí)焦點(diǎn)位置-般在切割管件的表面位置,當(dāng)焦點(diǎn)處于較好位置時(shí),割縫最小,切割效率最高,同時(shí)獲得的切割。