金屬管材在航空器制造、工程機械、汽車工業(yè)、石油化工、農(nóng)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(shù)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(xiàn)不同材料小批量多品種的生產(chǎn)模式。

管材激光切割系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

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(zhì)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(zhì)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(jù)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(shù)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(zhì)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(guān)鍵技術(shù)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 ）的一體化，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(shù)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(chǎn)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(jié)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(zhì)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(nèi)才能獲得較好的切割質(zhì)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(xiàn)管材割不穿或者割不斷的情況，從而影響整個切割質(zhì)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(chǎn)生很大的影響。例如圓管管徑的大小對加工質(zhì)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(xiàn)，激光切割管材設備在各項工藝參數(shù)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(shù)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(xiàn)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(xiàn)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。切割時焦點位置一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，同時獲得的切割效果也最好。

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