浅析老旧CO激光切割设备非切割参数类影响因素

浅析老旧CO激光切割设备非切割参数类影响因素

汪啸峰 ,曹显嵘

(中车株洲电力机车有限公司 湖南株洲 412001)

摘要：为提升老旧CO激光切割设备的切割质量，本文以非切割参数类影响因素为研究对象，系统研究了多种因素对老旧CO激光切割设备的切割质量的影响，明确了主要影响因素并给出相应提升切割质量的方法。

关键词：CO激光；切割质量；老旧设备；影响因素

1引言

激光切割具有切割速度快、生产效率高、热影响区较小的特点，可分为光纤激光切割与CO激光切割[1-3]。本文以老旧CO激光切割设备的非切割参数类影响因素为研究对象，包含透镜镜片状态、使用气体纯度、编程软件、设备切割精度、支撑条状态，探索各影响因素对切割质量的实际影响，给出相应提升切割质量的方法，达到提升CO激光切割设备的切割质量的目的。

2 试验条件与方法

本文使用的设备为通快CO激光切割机床，配置了4000W的激光发生器。试验中使用材料为低温压力容器用钢板16MnDR。

应用上述设备和材料进行多因素切割质量对比试验。针对非切割参数类影响因素进行试验或长期跟踪，通过切割质量对比可知各因素的影响情况。

3 试验过程及结果分析

3.1 透镜镜片对切割质量影响

本文试验以全新透镜镜片为试验跟踪对象，跟踪记录每周维保前后透镜状态与切割状况，直至该镜片报废无法使用。对比镜片状态及切割质量如表1，设备维保前后对应切割质量如表2.

表1

表2

分析：

①使用新透镜时，切割断面无缺陷，使用其他状态的透镜时，零件切割断面基本存在缺陷。

②随透镜使用时间增加，透镜表面划痕逐渐增多，污垢逐渐沉积且清理难度加大，激光切割断面缺陷增多，光洁度下降，切割质量总体呈下滑趋势，偶发性的激光切割断面质量不足的问题增多。

④经过维保去除透镜表面污垢，减轻杂质在透镜表面沉积程度，减弱镜片损伤程度，能有效增加透镜使用寿命。

⑤在做好透镜日常维保情况下，并相应调试参数，断面切割质量能处于稳定交付状态。

针对以上情况，要求维保人员在洁净无风的场所，固定每周进行1次透镜维保，并根据零件切割状态，不定期进行透镜维保。并在严格遵守厂家推荐镜片维保操作的基础上，要求在维保前后转运时，迅速使用胶带密封夹套开口位置，防止透镜暴露在空气中收到污染，尽可能保护透镜。

3.2 编程软件对切割质量影响

通快公司CO激光切割机的设备自带编程软件为Tops100。记录相同切割参数时，使用Tops100编程软件与其他编程软件分别切割样件，样件质量对比见图1.

图1

（上为Tops100编程软件下料零件，下为其他编程软件下料零件）

通过切割样件发现，Tops100编程软件切割零件的拐角处无明显缺陷，其他编程切割零件的拐角处存在明显缺陷，具体为拐角处存在三角形凹坑。

分析：拐角处切割头减速，但其他编程软件后置气压、功率等参数未减小，导致拐角区域热量集中，从而钢板过热熔化，编程软件适配性不足，导致切割质量存在差异。

针对以上情况，需联系相关公司软件工程师优化并提供程序，核查拐角处的缺陷产生的具体原因，优化使用编程软件。

3.3 气体纯度对切割质量影响

按通快激光切割设备要求，氧气纯度应达99.95%。试验前，检测CO激光切割使用管道氧气纯度，检验纯度为99.2%。

本文试验时，在其他因素不变的情况下，使用管道氧气与纯度为99.99%的瓶装氧气进行样件切割，对比样件断面质量，样件对比见图2。

图2

（上为99.9%氧气纯度下料样件，下为99.2%氧气纯度下料样件）

通过切割样件发现，氧气纯度为99.2%时，切割质量差，断面存在大量缺陷；氧气纯度为99.9%时，切割质量良好。

分析：氧气纯度不足时，激光切割光束不稳定，导致激光切割断面出现大量缺陷，致使切割质量不良。

针对以上情况，提升使用氧气纯度至设备使用要求，可提升激光切割质量。

3.4 设备精度对切割质量的影响

本文试验时，在其他因素不变的情况下，使用激光工作台中心进行划线，并进行样件切割。使用划线图案见图3，切割状态见图4。

图3

图4

划线后测量尺寸，判定划线图案尺寸正确，划线的轮廓线稳定、无跳动、无波动， X、Y轴运动精度、重复定位精度、稳定性无问题。

针对以上情况，判定设备精度无问题，但切割断面仍存在大量缺陷，证明设备精度主要影响零件尺寸，对切割质量无明显影响，为非决定性影响因素。

3.5 支撑条状态对切割质量的影响

本文试验时，在其他因素不变的情况下，使用全新支撑条与表面存在大量熔渣的支撑条分别进行样件切割。切割后对比样件断面质量。样件对比见图5。

图5

（上为全新支撑条下料样件，下为带大量熔渣支撑条下料样件）

对比使用全新支撑条与表面存在大量熔渣的支撑条所下料样件，发现切割质量无明显区别，证明支撑条状态对切割质量无明显影响，为非决定性影响因素。

4 结语

本文研究了透镜镜片状态、使用气体纯度、编程软件、设备切割精度、支撑条状态

对CO老旧设备切割质量的影响，并作了分析。主要结论如下：

(1)CO激光切割过程中，透镜镜片状态对切割质量影响大，透镜镜片状态越好，切割质量越好，应规范镜片维保，提升透镜镜片状态；

(2)编程软件适配性高时，能得到较好切割质量，应增强编程软件与设备适配性；

(3)气体纯度对切割质量影响较大，气体纯度满足设备要求时，能得到较好切割质量，应提升气体纯度至设备要求纯度；

(4)支撑条状态与设备精度情况，对切割质量影响小；

参考文献

[1]姚志远.6mm厚Q235钢CO2激光切割的质量控制.机械管理开发[J],2015.10(30)：39-41.

[2]李日步.低碳钢厚板CO2激光切割工艺研究[D].华中科技大学.2013

[3]魏言峰.厚板碳钢万瓦级功率激光切割机理与工艺研究[D].华中科技大学.2021