金屬管材在航空器制造、工程機械、汽車工業(yè)、石油化工、農牧機械等行業(yè)應用非常廣泛。因應用場景的不同,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。激光加工技術特別適合應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,能實現不同材料小批量多品種的生產模式。

1、導光聚焦系統(tǒng)

導光聚焦系統(tǒng)的作用是把激光發(fā)生器輸出的光束引導到聚焦光路的切割頭上。對于激光切割管材,要得到高質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鍵技術之一。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生重要的影響。理論上來說,激光切割管材設備的激光功率越大可獲得的切割速度越大,但是結合管材自身的特點,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才能獲得較好的切割質量。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,會出現管材割不穿或者割不斷的情況,從而影響整個切割質量。

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生很大的影響。例如圓管管徑的大小對加工質量有著明顯的影響,通過對激光切割薄壁無縫鋼管的研究發(fā)現,激光切割管材設備在各項工藝參數保持不變的情況下,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,則應提高輔助氣體的壓力,以防止切口出現掛渣;當切割管壁厚度較大或者切割速度較慢時,應適當降低輔助氣體的壓力,以防止出現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。