钢结构——金属激光数控切割机行业应用分析
钢结构加工行业对于国内基础建设具有广泛应用市场，随着近年来生产要求的逐步提高，钢结构工程项目正从基本环节入手逐步完善工艺要求，这也为金属激光数控切割机设备在该行业的应用和推广带来了契机。本文由武汉嘉倍徳科技市场部编辑整理，主要就钢结构行业的金属激光数控切割机应用特点予以说明。
金属激光数控切割机主要利用经聚焦的高功率密度激光束照射材料，在极短时间内将材料加热到几千至上万摄氏度，使被照射处的材料迅即熔化、气化、烧蚀或达到燃点，同时借与光束同轴的高速气流(即辅助气体)从切缝中吹除熔融物质，从而实现切割材料的一种热切割方法。
对于零件的激光切割，工艺参数一般需要从以下几个方面进行考虑，同时结合了几项公司某型机车产品：司机室某零件(3mmQ345E板)、底架某零件(10mm 16MnL板)、转向架某零件(3mm 0Cr18Ni9Ti板)、线槽某零件(3mm5A02-H24板)进行比较说明。
1. 恰当选择合适的激光功率
激光功率是影响切割质量的重要因素之一。激光功率越大，所能切割的板材厚度也越厚。在相同板厚时，切割不锈钢及铝等有色金属比切割碳钢所需激光功率要大得多。但随着激光功率的增加，切缝宽度和热影响区均会增大。
随着金属激光数控切割机功率的增加，切割速度和可切割板厚均增加。如果低碳钢板厚增大，则应采用较大直径的喷嘴和较低的氧气压力，以防止烧坏切口边缘。
铝板对激光有强烈的反射作用和高导热性,比低碳钢和不锈钢难以切割。与切割低碳钢相比，在同样激光功率下，切铝合金的切割速度和可切板厚均较低。
2. 掌握正确的金属激光数控切割机切割速度
切割速度是影响切割质量的最重要因素之一。在激光功率一定的条件下，不同的切割速度对切割质量的影响及工件背面粘附的熔渣不一样。实验表明，在能切透的前提下，切割速度越快，切割质量越好，其切缝整齐，熔渣少，变形小；切割速度慢，工件光照时间长，氧气供给量大，氧化反应严重，工件温度高，热影响区大，因而切缝粗糙，熔渣多。但是，切割速度过快，切割处的金属还来不及氧化就已经冷却，易形成割不透和挂渣；切割速度过慢则熔池扩大，割缝表面粗糙度值变大。用恒定功率的激光切割低碳钢时，板材越厚，切割速度就越慢。功率主要影响切缝宽度，而切割速度起次要作用。减小功率和提高切割速度一般导致切缝宽度和热影响区的减小。
3. 按需控制辅助气体的种类和压力
金属激光数控切割机使用时需喷射同轴辅助气体，其主要作用是吹除切割熔体和熔渣，保持切割断面整洁；加快切割过程,加深切割深度，减小切缝宽度和热影响区宽度；保护激光器透镜不受加工飞溅物损伤并冷却透镜。使用不同的冷却气体，对切割质量会产生不同的影响，因此辅助气体的选择是获得高质量切割效果的关键参数之一。在切割碳钢时一般采用氧气作为辅助气体；在切割不锈钢或铝板时采用氮气作为辅助气体。
当金属激光数控切割机功率和切割速度一定时，氧压越大，则反应越剧烈，热影响区越大，切割质量越低；反之则切割质量高。但氧压过低则可能出现切不透或切缝下粘附熔渣过多。
铝的熔点较低，3mm以下可用氧气切割，但质量很差，断面粗糙而且毛刺坚硬。氮气切割断面平滑，4mm以下能够获得没有毛刺的效果。铝黏性大，加上良好的热传导性，熔化物可能没来得及吹走已经冷却了，所以容易出现毛刺。通过调整焦点、升高气压、降低速度来降低粗糙度，至少要保证毛刺可轻易清除。
从成本考虑，只要切割断面氧化不影响不锈钢零件的使用，则应该采用氧气切割。但不锈钢含高合金元素Ni等的比例较大，熔化物黏度大、流动性差，氧气切割时较低的气压容易导致粘渣等质量缺陷。焊接不锈钢时氧化层严重影响焊接质量，特别是氩弧焊。氮气切割时氮气的保护作用能够产生优质的无氧化断面，这就满足了不锈钢焊接零件对切割断面的高要求，而且氮气切割时的高气压也容易克服上述质量缺陷。氮气切适合加工有焊接要求或者高附加值的不锈钢零件。
4. 调整好焦点位置
金属激光数控切割机焦点位置的高低直接决定割缝处的焦点面积。在相同的功率条件下，面积越大，单位面积上光的功率密度就越低，无法熔化和气化板材，割不透。此外，如果焦点的对中度不好，容易形成单边切不透的现象。一般使聚焦点落在板材上表面往下约1/3板厚处。
5. 合适的喷嘴高度
指辅助气体喷嘴端面至工件上表面的距离。喷嘴高度大，喷出的辅助气流的动量易产生波动，影响切割质量和速度。因此，激光切割时，一般都尽量减小喷嘴高度，通常为0.5～2.0mm。
6. 注意材料表面状态
如果材料表面有锈蚀，或有氧化层，或不平，切缝会不规则，而且有断点。实践表明，当工件表面不平达到±lmm/m2时影响切缝质量。因此应先进行表面打砂、矫平等工艺处理，再进行激光切割。
金属激光数控切割机是当前世界上先进的切割下料工艺。以其高速、高精度和高适应性的特点，在钣金加工行业已经得到了日趋广泛的应用。我国的机车车型产品较多，转换较快，机车的钢结构件中大约有20%～30%的异形件 尤其是机车司机室、车体辅助装置等的部件，较适合选择激光下料。激光切割容易实现切割过程控制自动化，能大大缩短生产周期和降低制造成本，提高产品质量，现在已经部分代替冲压加工工艺和机械加工工艺。拥有一套相对成熟的数控激光切割工艺，可以为公司新项目的快速投产、新车型的开发提供充分的保障。在实际的激光切割加工中，掌握和了解影响切割质量的几个因素，按照“薄板高压高速，厚板低压低速”的原则，有效地调整工艺参数，就能加工出高质量、高精度的机车钢结构件，充分发挥激光切割高效、高精度的优势。由于在激光切割中影响切割面质量的因素很多，仅通过固定的切割规范难以获得均匀稳定的切割质量。因此，对切割质量进行在线检测和实时控制是保证激光切割质量的关键。
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