金屬管材在航空器制造、工程機械、汽車工業(yè)、石油化工、農(nóng)牧機械等行業(yè)應(yīng)用非常廣泛。因應(yīng)用場景的不同,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、高自動化的特點,能實現(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)生器進行低階模輸出。在進行管材激光切割時,為了獲得較為細小的光束聚焦直徑,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,利用數(shù)控系統(tǒng)記錄下各軸的進給情況以及參考點的坐標值,再通過激光切割系統(tǒng)的空間直線和圓弧插補功能,記錄加工過程的坐標值,并生成加工程序。

3、激光切割焦點位置的自動控制

如何控制激光切割焦點位置是影響切割質(zhì)量的重要因素。通過自動測量和控制裝置使焦點相對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。通過對激光焦點位置的控制與激光加工系統(tǒng)直線軸( X-Y-Z )的- -體化,使激光切割頭的運動更加輕巧靈活,而且對焦點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

對于連續(xù)波輸出的激光發(fā)生器來說,激光功率的大小會對激光切割產(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,最大的切割功率并非最佳的選擇。當提高切割功率時,激光自身的模式也發(fā)生變化,這就會影響激光光束的聚焦。在實際加工中,我們常常會選擇在小于最大功率的情況下,讓焦點獲得最高的功率密度,從而保證整個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。當切割速度加快時,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,會出現(xiàn)管材割不穿或者割不斷的情況,從而影響整個切割質(zhì)量。

3、管徑大小的影響

激光切割管材時,管材自身的特性對加工過程也會產(chǎn)生很大的影響。例如圓管管徑的大小對加工質(zhì)量有著明顯的影響,通過對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,可以使用壓縮空氣或者惰性氣體(如氮氣)作為輔助氣體,而對于大多數(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。當以較高的速度切割管壁厚度較小的管材時,則應(yīng)提高輔助氣體的壓力,以防止切口出現(xiàn)掛渣;當切割管壁厚度較大或者切割速度較慢時,應(yīng)適當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,光束焦點所處的位置也十分重要。切割時焦點位置-般在切割管件的表面位置,當焦點處于較好位置時,割縫最小,切割效率最高,同時獲得的切割。