鋼結構——金屬激光數控切割機行（háng）業應用分析

    鋼（gāng）結構加工行業對於國內基礎建設具有廣泛應用市場，隨著近年（nián）來（lái）生產要求的（de）逐步提高，鋼結構工程項目正從基本環節入手（shǒu）逐步完善工藝要求，這也為金（jīn）屬（shǔ）激光數控切割機設備在該行業的應用和推廣帶來了契機。本文由武漢嘉倍（bèi）徳科技市場部編輯整（zhěng）理，主要就鋼結構行業的金屬激光數控切割機應用特點予以說明。
    金屬激光數控切割機主要利用經聚焦的高功率密度激光（guāng）束照射（shè）材料，在極短時間內將材料加熱到幾千至上萬攝氏度，使被照射（shè）處的材料迅即熔化、氣化、燒蝕或（huò）達到燃（rán）點，同（tóng）時借與光束同軸的高速氣流(即輔（fǔ）助氣體)從切縫中吹除熔融物質，從而實現切割材料的一種熱切割方（fāng）法。
    對（duì）於（yú）零件的激光切割，工藝參數一般需要（yào）從以下幾個方麵進行考慮，同時結合了幾項公司某型（xíng）機車產（chǎn）品（pǐn）：司（sī）機室某零件(3mmQ345E板)、底架某（mǒu）零件(10mm 16MnL板)、轉向架（jià）某零件(3mm 0Cr18Ni9Ti板)、線槽某零件(3mm5A02-H24板)進行比較說明。

    1. 恰當選擇合適的激光功（gōng）率
    激光功率是影（yǐng）響切割質量的重（chóng）要（yào）因素之一。激（jī）光功率越大（dà），所能切割的（de）板材厚度也越厚（hòu）。在相同板厚時，切割不鏽鋼及鋁等有色金屬比切割碳鋼（gāng）所需激光功率要大得多。但隨著激光功（gōng）率（lǜ）的增（zēng）加，切縫寬度和熱影響區均會增大。                                          
    隨著金屬激光數控（kòng）切割機（jī）功率（lǜ）的增加，切割速度（dù）和可切割板厚均增加（jiā）。如果低碳鋼板厚增大，則應采用較大直徑的噴嘴和較低（dī）的氧（yǎng）氣壓力，以防止燒（shāo）壞切口邊緣。
    鋁板對激光有強烈的反（fǎn）射作用和高導熱性,比低碳鋼（gāng）和不（bú）鏽鋼難以切割（gē）。與切割低碳鋼相（xiàng）比，在同樣激光功率下（xià），切鋁合金的切割速度和可切板厚均較低。

    2. 掌握正確的金屬（shǔ）激光數控切（qiē）割機切割速度
    切割速度是影響切割質量的（de）最重要因素（sù）之一。在激光功率一定的條件下，不同的切割速度（dù）對切割質量的影響及工件背麵粘附的熔渣不一樣。實驗（yàn）表明，在能切透（tòu）的前提下（xià），切割速度越快，切割質量越好，其切縫整齊，熔渣少，變形小；切割速度慢，工件光照時間長，氧氣供給量大，氧化反應嚴重（chóng），工（gōng）件（jiàn）溫度高，熱影響區大（dà），因而切縫粗糙，熔渣多（duō）。但是，切割速度過快，切割（gē）處的金屬還來不及氧化就已經冷卻，易形成割不透和（hé）掛渣；切割速度過慢則熔池擴大，割縫表（biǎo）麵粗糙（cāo）度值變（biàn）大。用恒定功率的激光切割低碳鋼時，板材越厚（hòu），切割速度（dù）就越慢。功率主要影響（xiǎng）切縫寬度，而切割速度起次要作用。減小功率和提高（gāo）切割速度一般導致切縫（féng）寬度和熱影響區的減小。

    3. 按需控製輔助氣體的種（zhǒng）類和壓力
    金屬（shǔ）激光數控切割機使用時（shí）需（xū）噴射同軸輔助氣體，其主要作用是吹除切割（gē）熔體和熔渣，保持切割斷麵整潔；加快切割過程,加深切割深度，減小切縫（féng）寬度和熱影響區寬度；保護激（jī）光器透鏡不受加工飛濺物損傷並（bìng）冷卻透鏡。使用不同的冷卻氣體，對切割質量（liàng）會產（chǎn）生不同的影響，因此輔助氣體的選擇是獲得高質量切割效（xiào）果的關鍵參數之一。在切割碳鋼時一（yī）般采用氧氣作為輔助氣（qì）體；在切割不（bú）鏽鋼或鋁板時采用氮氣作為輔（fǔ）助（zhù）氣體。
    當（dāng）金（jīn）屬激光數控切割機功（gōng）率和切割速度一定時，氧壓越大，則反應越劇烈，熱（rè）影響區越（yuè）大，切割質量越低；反之則切割（gē）質量高。但氧壓過低則（zé）可能出現切（qiē）不透或（huò）切縫下粘附（fù）熔渣（zhā）過多。
    鋁的熔點較低，3mm以下可用氧氣切割，但質量很差（chà），斷麵粗（cū）糙而且毛刺堅硬。氮氣（qì）切割斷麵平滑，4mm以下能夠獲得沒有毛刺的效果。鋁黏性大，加上良好的熱傳導性，熔化物可能沒來得及吹走已經冷卻了，所以容易出現毛刺。通過調整焦點、升高氣壓、降低速度來降低粗糙度，至少（shǎo）要保證毛刺可輕易清除。
    從成本考慮，隻要切割斷（duàn）麵氧化不（bú）影響不鏽鋼零件的使用，則應該采用氧氣切割。但不鏽（xiù）鋼含（hán）高合金（jīn）元素Ni等的比例較（jiào）大（dà），熔化物黏（nián）度大、流動性差，氧氣切割時較低的（de）氣壓容易（yì）導致粘渣等質量缺陷。焊接不鏽鋼時氧化層嚴重影響（xiǎng）焊接（jiē）質量，特別是（shì）氬弧焊。氮氣切割時氮氣的保（bǎo）護作用能夠產生優質的無氧化斷麵，這就滿足（zú）了不鏽鋼焊接零件對切割斷麵的高要求，而且（qiě）氮氣切割時的高（gāo）氣（qì）壓也容易克（kè）服上述質量缺陷。氮氣切適合加工有焊接要求或者高附加值的不鏽鋼零件。

    4. 調（diào）整好焦點位置（zhì）
    金屬（shǔ）激光數控切割機焦點位置的高低（dī）直接決定割縫處的焦點麵積。在相同的（de）功率條件（jiàn）下，麵積越大，單位麵積上光的功率密度就越低，無法熔（róng）化和氣化板材，割不（bú）透。此外，如果（guǒ）焦點的對中度不好，容易形成單邊切不（bú）透的現象。一般使聚焦點落在板材上表麵往下約1/3板厚處。

    5. 合適（shì）的噴嘴高（gāo）度
    指輔助氣（qì）體噴嘴端麵至（zhì）工（gōng）件上表麵的距離。噴嘴高度大，噴出（chū）的輔助氣流的動量易產生波動，影響切割質量和速度（dù）。因此，激光切割時，一般都盡（jìn）量減小噴嘴高（gāo）度，通常為0.5～2.0mm。

    6. 注意材（cái）料表麵狀態
    如果材料表麵有鏽蝕，或有氧化層，或不平，切（qiē）縫會不規則，而（ér）且有斷點。實踐表明，當工件表麵不平達到±lmm/m2時影響切縫質量（liàng）。因此應先進（jìn）行（háng）表麵打砂、矯平等工藝處理，再進（jìn）行激光（guāng）切割（gē）。

    金屬激光數（shù）控切割機是當前世界上先進的切割下料工藝。以其高速、高（gāo）精度（dù）和高適應性的特點，在鈑金加工行業（yè）已經得到了日（rì）趨廣泛的應用。我國的機車車型產品較多，轉（zhuǎn）換較快，機車的鋼結構件中大約有20%～30%的異形（xíng）件 尤其是機車司（sī）機室（shì）、車（chē）體輔助裝置等的部件，較適合選擇激光下料。激（jī）光切割容易實（shí）現切割過（guò）程控製（zhì）自動化，能大大（dà）縮短生產周期和降低製造成本，提高產品質量，現在已（yǐ）經（jīng）部分代替衝壓加工工藝和機械加工工（gōng）藝。擁有（yǒu）一套相對成熟的數控激光切割工藝，可以（yǐ）為公司新項目的快速投產、新車型的開發（fā）提供充（chōng）分的保（bǎo）障。在實際（jì）的（de）激光（guāng）切（qiē）割加工中（zhōng），掌（zhǎng）握和了解影響切割質量的幾個因素，按照（zhào）“薄板高壓高速，厚板低壓低（dī）速”的原（yuán）則，有效地調整工（gōng）藝參（cān）數，就能加工出高質量、高精度的機（jī）車鋼結構件，充分（fèn）發揮激光切割高效、高精度的優（yōu）勢（shì）。由於在激（jī）光切割（gē）中影響（xiǎng）切割（gē）麵質量的（de）因素很多，僅通過固定的切割規範（fàn）難以（yǐ）獲得均勻穩定的（de）切割質量。因此，對切割質量進行在線檢測和實時（shí）控製是（shì）保證激光切割質（zhì）量的關鍵。

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