激光切割在機車鋼結構件制造中的應用

劉輝

摘要：激光切割是世界上先進的切割技術，它具有速度快，精度高和適應性強的特點，在我國工業中得到了廣泛的應用。本公司有許多型號機車在生產中都會利用到，機車鋼結構件中約20～30%異型零件，特別是機車駕駛室零件，車身輔助設備等更適合選擇激光下料，激光切割可以方便地實現切割過程的自動化控制，大大縮短生產周期，降低制造成本，提高產品質量。比較成熟的數控車床采用低切割技術，為公司新項目的快速生產提供了新車型開發的充分保障。因此，本文主要論述了激光切割在車身鋼結構件制造中的應用，分析了影響碳鋼板切割質量的因素，提出了保證質量的工藝參數。

關鍵詞：激光切割;機車鋼結構;應用

一、引言

激光切割是一種世界先進的切割工藝。由于其精度高和適應性強等特點，在各種加工行業中得到了越來越廣泛的應用。由于我公司機車型號多，生產速度快。在機車鋼結構中，特別是機車駕駛室中，約有20%～30%的異形件。車身輔助裝置等部件更適合選擇激光下料，激光切割易于實現切割過程的自動化控制，能夠大大縮短生產周期，降低了制造成本，提高了產品質量。目前，它正在取代一些沖壓加工工藝。相對成熟的數控激光切割技術可以為新項目的快速生產和新車型的開發提供充分的保障。

二、激光切割參數的選擇與確定

激光切割是利用高性能的高密度聚焦激光束對材料進行研究，在短時間內將材料加熱到數千到數萬度，使材料在研究部位迅速熔化、氣化、腐蝕或燃燒。同時使光速軸的高度相等，利用氣流也就是即輔助氣體從切割縫中除去熔融物，實現了切割材料的熱切割方法。在激光切割工件時，通常應從以下幾個方面考慮工藝參數。

2.1選擇合適的激光輸出

激光功率是影響切削質量的重要因素之一。激光功率越大，切割板厚度越大：同一板厚度越大，切割不銹鋼和鋁所需的激光功率越大，透鏡尺寸較大。激光切割適用于0.5mm～12mm厚度的板材切割，但隨著激光功率的增加，切割寬度和熱影響區變大。隨著激光功率的增加，切割速度和切割板厚度可能會增加，如果低碳鋼板厚度增加，大直徑噴嘴和下坡鋁板具有高的激光反射率和高的導熱系數，使其比低碳鋼和不銹鋼更難切割。

2.2精確切割速度控制

切削速度是影響切削質量的重要因素之一。激光功率在一定條件下，不同的切割速度對切割質量的影響和工件背面的劃痕是不同的。根據實驗證明，可以切割的前提是切割速度越快，切割質量越好，切割質量越干凈。劃痕少，變形小，切割速度慢;工件照明時間長，供氧量大，氧化反應越嚴重;工件溫度越高，熱影響越大。如果切削面積大，切削速度慢，劃痕較多，但切削速度過快，切削區域的金屬不會氧化，容易冷卻不切削。而切削速度過慢，就會形成劃痕。高功率激光切割低碳鋼時，坩堝的切削表面會產生粗糙度，板材越厚，切割速度越慢。主功能影響切割速度，焊縫寬度和切割速度起次要作用。降低功率，提高切削速度，一般可以用減少刀具的寬度來控制熱量的影響區域。根據需要控制輔助氣體類型和壓力，激光切割時需要噴射同軸輔助氣體，其主要作用是將切削液和刮板吹到一起，維持整個切削區間。加速切削深度，減小切削槽寬度和熱影響區寬度，保護激光透鏡不被加工濺到并冷卻，輔助機身的選擇是獲得高品質切削效果的關鍵參數之一，碳素鋼的切削加工中氮氣在切割不銹鋼或鋁板時用作輔助氣體，來控制激光功率和切割速度。

2.4焦距調整

焦距位置的高低直接決定了插槽的焦距區域，在相同的輸出條件下，面積越大，單位面積的光功率密度越低，板材就越不可能熔化氣化和切削。而且如果中間沒有焦距，很容易形成斷面切割現象，焦距放在頂下約13mm的厚度上。

2.5噴嘴的適當高度

輔助氣體噴嘴斷面到工件表面的距離，噴嘴高度大，輔助氣流脈動容易晃動，影響切割質量和切割速度。因此，在激光切割過程中，噴嘴高度應保持在最小值。一般情況下，在0.5～2.0mm激光切割時，必須噴射同軸輔助氣體。其主要作用是清除切割所用的物體和材料，保持切割斷面的清潔，加快切割過程，加深切割深度，減小切割間隙寬度和熱影響區寬度。保護激光透鏡免受加工油炸的損傷。高質量透鏡的冷卻和不同冷卻介質的使用對切割質量的影響不同，因此輔助氣體的選擇是獲得高質量切割效果的關鍵參數之一。在切割不銹鋼或鋁板時，使用氮氣作為輔助氣體。當激光功率和切割速度恒定時，氧氣壓力越高，反應越嚴重，熱影響區越大，切割質量越差。反之，切削質量越高，但氧壓熔點越低，附著在爐渣上的過量鋁在皮下的空間越小。氧氣小于3mm時可切斷，但質量很差。斷面粗糙，毛刺硬，氮氣切割斷面光滑。鋁的黏度大，導熱性好的鑄鐵不能及時釋放，容易產生反向點蝕。調整焦點，增加氣壓，降低速度，降低粗糙度。從成本的角度來看，如果單面氧化不影響不銹鋼零件的使用，則必須用氧氣切割，但不銹鋼中含有大量高合金元素，如鎳。熔體黏度高，氣壓低易造成氧氣切割時劃傷等質量缺陷，流動性下降。焊接不銹鋼時，氧化層會影響焊接質量，在切割氮氣時，氮氣的保護作用會形成高質量的無氧截面。不銹鋼焊接件可滿足切割斷面的高要求。在進行氮氣切割時，高壓氣壓也很容易克服上述質量缺陷，氮氣切割適用于高附加值不銹鋼零件的焊接要求加工。

2.6注意材料表面狀況

如果材料表面生銹或有氧化層或不規則，切割縫會不規則斷裂。實踐表明，當工件表面達到M2時，切割棒的質量會受到影響，對等徑球進行精加工后，可確定三種激光切割工藝的參數。機車金屬碳鋼板切割常用工藝參數，程序參數指的是天氣狀況和機器本身，材質的曲面不同。

三、結束語

事實上，相關工作人員應該掌握影響激光切割質量的幾個因素，有效地調整工程參數，是提高質量的可能途徑。機車鋼結構件的加工精度高，激光切割效果好，影響激光切割表面質量的因素很多。固定的切削規格難以獲得均勻穩定的切削質量。因此，對切削質量進行在線檢測和實時控制。這是保證激光切割質量的關鍵。

參考文獻：

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