激光功率
事實上,并不是激光功率越大零件加工速度就越快,還有其他因素會影響切割速度的提高。激光諧振腔的類型就會影響整個系統(tǒng)的切割速度和成本效益。激光功率的提高和光束質量的改善擴大了激光應用的范圍。大部分激光系統(tǒng)的功率高于2 KW,而且現在已有功率大于7 kW的系統(tǒng)可供使用。提高功率不一定就帶來切割速度的提高。在熱切割的過程中,功率超過3或者4 KW 時,可能擴大材料的熱影響區(qū)域,從而就對驅動系統(tǒng)要求更高,因此限制了切割速度。
金屬加工的考慮
更高的激光功率主要有助于增加可加工材料的厚度。對于氧氣作為輔助氣體的碳素鋼切割來說,隨著功率的提高,進料速度并沒有實質性的增加。由于熱反應過程的存在,功率/進料率存在著一個上限,對應這個最大值,可以切割一定厚度的材料。作用在材料上功率的提高并不能自動轉變?yōu)椴牧霞庸に俣鹊奶岣摺?nbsp;使用高壓氮作為輔助氣體對厚不銹鋼板進行切割可以得到無氧化切口。在高壓或者惰性氣體切割過程中,輔助氣體的主要功能是保護切口邊緣不至于形成氧化,并且將熔融的物質很快的吹干凈,從而避免它們粘在邊緣而形成毛邊。
因為提高切割功率會導致成本提高,所以如果能夠帶來更多經濟效益的話,那么提高功率也是可行的。目前,大部分需加工的金屬薄板厚度達6 mm,使用的是功率為3.5 kW的激光進行加工,當加工速度需要提高時,在保證光束質量的情況下可以提高激光功率。
若需要加工更厚的材料, 則可以使用高功率的激光器以更快的速度進行切割??紤]到投資成本和與激光器有關的運轉費用增加可能帶來的劣勢,必須準確估計速度提高所帶來的優(yōu)勢。在速度提高的情況下,如果沒有增加額外功率的話將很難實現。
自動化過程
需要按時加工的時間越多越有利于自動化過程。自動控制設備可以被添加到現有的系統(tǒng)中,并隨著生產要求提高而進行升級?;镜淖詣硬僮靼ǎ鹤詣由狭希詣酉铝?,以及自動連接到存儲系統(tǒng)。自動裝載系統(tǒng)通常包括了一臺起重設備來將材料加載到切割平臺上。當系統(tǒng)擴展為自動上下料功能時,起重設備能不僅傳送新材料也卸下加工好的材料。增加與自動上下料過程相銜接的存儲系統(tǒng)就完善了整個自動化系統(tǒng) 。
因為每個自動化級別都需要額外的資金投入,這樣如果采用輪班工作制度,那么由投資所帶來的回報就可以更快的被實現。如果不考慮激光的工作時間,自動操作過程不需要人工操作,提高了生產率,帶來了安全的工作環(huán)境,優(yōu)化了工作環(huán)境和后勤。
最后,需要選擇切割輔助氣體。對于激光切割過程有一個基本的認識將有助于選擇合適的氣體。
氣體輔助激光切割
需要使用輔助氣體進行激光切割是因為,聚焦光束在焦點附近所產生了熔融金屬,使用氣體壓力可以從切割區(qū)域把熔融的金屬吹走。這種方法在加工低鋁鋼時效果最好,當加熱溫度高于燃點時,該加工過程從材料的熱反應過程中吸收額外能量。這樣,使用輔助氣體時,激光功率將更低,稱為激光熔融切割。使用氧氣作為輔助氣體來切割碳素鋼可用來加工厚度達40 mm的材料。 在厚碳鋼板加工中,氧氣的主要作用是輔助鋼板的鍛燒過程。此外,它也有助于清除熔融的材料。通常來說,輔助氣體的壓強和體積都很小。例如,通常6-8 PSI 的氧氣可以加工1 5/8英寸厚的鋼板。氧氣的氣壓太大的話容易帶來燃燒過程的不可控性。一旦燃燒過程開始,只需要很少的氧氣就能維持該過程。然而,熔化的材料必須通過輔助氣體的流動來清理。如果使用標準的噴嘴,輔助氣體管道內的沖擊波會導致切口邊緣有條紋和溝槽。而使用環(huán)形流噴嘴可以避免這個問題。
高壓惰性氣體輔助切割過程
當切割高合金鋼和合金鋁時,通常使用惰性氣體(氮氣,氬氣)作為輔助切割的氣體,這樣,切割過程就僅取決于激光光束的能量。所以,激光功率會比使用氧氣作為輔助氣體時更大。高壓切割過程并不會對切口產生氧化的效果,這對于切割后將進行焊接的情況來說很重要。目前在工業(yè)領域,激光熔融切割被用于厚度達25 mm的材料加工。對于1 mm厚的材料來說,典型的切割速度是,達8 m/min,對3 mm厚的材料來說,速度為4.5 m/min,對于8 mm厚的材料來說,速度為1.5 m/min。 在這些應用中,高壓氮作為輔助氣體被用來隔絕切口與外界氧氣的接觸,并且從切口處把熔融的材料快速的吹干凈。切割不銹鋼時,輔助氣體壓強范圍從300到400 PSI。更薄的不銹鋼可以使用低壓強氣體,范圍為100-200 PSI。
輔助氣體成本
有很多方法可以提供氧氣和氮氣。實際上氧氣和氮氣的單位成本是很類似的。使用氮氣來作為輔助氣體時花費更大,因為切割過程消耗了更多的氣體,但是,它可以得到“干凈的切口”,而不用二次加工來進行修整。通過選擇不同的供氣方式,氣體成本可以得到降低;高壓氣缸的單位成本比其他各種不同的供氣系統(tǒng)要來的貴。而且氣缸供氣還需要租金,使用的氣體存儲體積越大,租金越高。
轉載請注明出處。