国产板材激光切割若干问题的探讨

sheet激光加工作为一种先进的材料切割方法，已经越来越受到钣金生产商的接受。随着计算机控制技术和光学技术的不断进步，人们对其处理能力的期望越来越高。这种期望不仅是为了能够切割，而且是为了良好而快速地切割。当然，问题的答案与加工机的性能密不可分。同时，加工材料的质量直接影响答案。激光加工开始于欧洲，美洲和日本。在1980年代，激光加工机制造商对钢的生产提出了特殊的质量要求，这导致了激光特种钢与普通钢不同，但价格昂贵。在接受激光加工作为主要切割方法的情况下，将激光专业材料用作25mm以下普通钢板的标准材料。但是，由于中国的发展太快，钢铁生产太迟而无法适应，因此中国钢铁与进口钢铁之间存在区别。主要区别在于钢中杂质含量，钢表面处理以及运输和储存等一系列原因，这些都导致了当前中国板材难于切割的情况。今天，中国的粗钢产量不仅是世界的，而且已超过全球产量的50％。发展中国家，甚至澳大利亚和韩国等一些发达国家也大量使用中国板材以节省成本，因此与其期望中国钢铁能够适应激光切割，不如研究并提出可以加工的方法和建议，这更好。劣质材料，质量好。本文提出了其中一些想法，以吸引新的想法。 [中厚板加工中遇到的问题] 1.碳钢厚板的穿孔问题占厚板加工中穿孔时间的很大一部分。激光制造商已经开发了快速穿孔技术。最具代表性的是高能量。穿孔（爆炸孔）。该方法的优点是速度快（以1秒为例，t16mm，mdash，下同），但缺点是它不仅影响小形状的加工，而且在射孔过程中注入的巨大能量会增加板的温度反过来影响随后的整体切割过程。但是，如果以低功率脉冲进行打孔，则时间将很长（12秒），这将导致切割效率降低和单位成本增加。 2.切割表面的质量图1和2显示了加工中厚板时经常遇到的切割部分。这种切割不仅受到成品质量的质疑，而且还伴随着过度燃烧和严重的粘渣现象。这样就不会反映出与其他切割方法不同的高价激光加工机的价值。图1.碳钢的切割面图2.不锈钢的切割面3.整板加工的稳定性在家用钢的整板加工中，经常会发生局部加工失败的现象。即使加工机器处于良好状态，这种现象有时也是随机的。为了处理局部故障，它极大地影响了整体工作进度。这里，针对未知原因的处理失败，给出了一些作者的分析和对策。 [解决上述问题的方法] 1.顾名思义，峰穿孔（HPP）解决方案使用占空比较小的高峰值脉冲激光，并辅以非燃料喷涂在材料表面，以去除表面沉积在开口的边缘并控制脉冲穿孔，同时以合理的频率冷却。其特点是，虽然孔比较长（3秒），但孔直径小（约phi，4mm），孔的边缘没有附着物，热量输入低，方便下一个正常的切割过程。普通打孔效率提高了4倍。图3.显示了普通，HPP和高能射孔之间的差异。图3.高能射孔HPP穿孔2.切割部分的改进计划对于碳钢，改进切割部分的重要因素是控制输入到板的热量并确保激光辐照部分的充分燃烧。三菱电机开发的K-CUT处理条件很好地完成了这一任务。图4.传统和K-CUT条件在同一国产板上的切割效果比较。对于不锈钢而言，改善切割截面的重要因素是光束的改善（改善焦深）和辅助气体的有效利用。亮切技术是改进的振动器和喷嘴的结果。图5.改进后的效果。上表面粗糙度为8mu，下表面粗糙度为12mu，与机械加工相当。图4.中碳钢板的K-CUT效果图5.不锈钢中钢板的光亮表面切割效果3.解决方案，确保加工稳定性目前，为了提高加工机的运行速度，激光机经常使用结构通常称为飞行光路。即，材料托盘不移动，并且处理头在整个可处理区域中移动。为了补偿加工头和光源的相对位置的变化，各种制造商还试图确保光斑在加工范围内的一致性。可变曲率折射透镜的使用是常见的选择。尽管该方法结构简单，但会改变焦点深度，从而在切割具有非常敏感焦点深度（同时保持相同斑点和相同焦点深度）的中厚板时显得不够。三菱电机的等长光路方法（光源与处理头之间的光传播路径的长度在可加工范围内）可以避免焦深的变化，从而使光斑和焦深一致。此外，对热量输入的重视使得可以控制板中积聚的热量，从而更好地解决了稳定性问题。图6示出了等长光路的原理以及在处理区域中的不同位置处的处理效果。图6.等距光路的原理和效果