澳大利亞PN機車激光切割的質量分析

周 華 王曉娥

（南車戚墅堰機車有限公司 鋼結構公司，江蘇 常州213011）

0 引言

激光切割就是將激光束作用在材料表面,高溫使材料加熱熔化,然后利用輔助氣體將熾熱材料燃燒或吹走，以達到切割的目的，具有精度高，切割速度快等特點，越來越多地運用在我公司各機車鋼結構的生產中[1]。以往我公司的激光切割主要運用在中薄板的加工生產中，其穩定的切割質量，在各種機車的開發及生產上發揮了重要的作用。但在切割出口澳大利亞PN機車工件時，由于其對板材的特殊要求，及對厚板切割件精度的要求，產生了一些質量問題，導致原材料的浪費，因此如能有效地控制激光切割質量，對公司生產工序的簡化及降低生產成本，有著重要的意義。

1 板材的特性對切割質量的影響

出口澳大利亞PN機車激光切割所使用板材的規格基本都是Q420E，它是一種低合金高強度結構鋼，相較于Q235A，Q420E的抗拉強度較高，加工和焊接工藝性較好，并具有較好的耐磨、耐蝕、耐低溫性能，但其碳含量、硅含量也較高，增加了激光切割的難度。碳含量越高，材料的切割難度就越大；硅含量越高，則會導致切割邊緣粗糙并使熔渣形成物和毛刺增多。另外，板材表面都預涂了Interplate317底漆，這也在一定程度上增加了激光切割難度。

針對以上板材的特性，通過對板材性質的分析，為了保證切割質量，提出了以下改進措施：

1）厚度大于6mm的板，表面需要涂油，輕微油化有利于板料的切割，在一定程度上能保證激光切割的質量。

2）保證板料表面沒有污染物，沒有鋼印及顏色標記。

3）保證切割工作臺的平整；切割平臺的支架上沒有溶渣凝結。這可以避免工件切割邊緣的熔渣形成物和支架上的熔渣粘連在一起，影響切割質量。

2 激光切割參數對切割質量的影響

2.1 切割速度

PN機車激光切割使用的是帶底漆的Q420E規格的板材，在切割時如直接調用默認的切割速度則會因為速度過快，出現切割部分未與板材完全分離，切割表面，特別是底部三分之一表面上拖痕嚴重（圖1），故需降低20%左右的切割速度，以保證切割質量。因為在功率一定的情況下，速度變慢，切割單位長度的時間變長，根據W=P*T，增加了在板材表面的功率。

切割速度一般與功率密度成正比。功率密度不但與輸出功率有關,而且與光束質量特別是激光模式有關。在滿足產品質量前提下,應盡可能地提高切割速度,提高效率；如果速度偏慢,雖然也可以將工件切下,但產生的熱融材料會燒蝕切面使切面粗糙。故在切割板材時，操作者應注意切割速度是否合適，在一定的范圍內，可微調切割速度。

圖1 切割效果

2.2 穿孔功率、切割功率

穿孔功率、切割功率是激光切割參數中關鍵參數之一，在切割PN機車工件時，不能因為板材上有底漆，而把功率調得過大，使板材本身的溫度過高，這樣切割表面會出現粗糙規則的條紋（圖1），影響切割質量。

連續切割時,功率大小和切割模式好壞都會直接影響切割質量。對于我公司的大功率激光器來說,并不是采用了100%功率切割就能取得最高速度。在實際生產中,隨著激光功率的增加,切割模式也會隨之改變,在焦點處未必能得到最高的功率密度,也就是說切割質量不一定最好。事實上,隨著激光器使用時間的增加,光學元件如鏡片的損耗,激光發生氣體純度和混合比的差異等因素,都會改變激光的輸出模式。故并不能一味地提高功率，來達到改善切割質量的目的。

2.3 焦點位置

焦點位置在調整好的參數中可以有一定的微調，這取決于其他參數的配合，但這個參數對切割效果影響較大也較直接。一旦超出合理范圍，直接就會發現板材的下表面切割不好。

切割過程中,由于透鏡因冷卻不好會受熱變形,隨之焦點變化,這時需要操作者及時作出調整。

3 其他因素對切割質量的影響

3.1 穿孔、引入線的長度

PN機車構架上有很多工件都在10mm以上，在編寫切割程序時，就應該適當注意加長引入線。因為穿孔可致使料板溫度急劇上升，確保足夠的引入線長度，有助于防止熱量聚積；保證工件的切入位置是完全割透的，這能很好地控制切割質量。

穿孔切割時，盡量使用脈沖切割可在割透時大大減少熱量的聚集。

起始切割位置的選擇也很重要，應盡量避免2個或多個起始切割位置靠的太近，減少熱量聚集（圖2）。

圖2

3.2 重復切割

在用激光切割PN機車上20mm的工件時，如果遇到由于底漆噴涂不均或較厚無法割透板材的情況，可以在機床參數里選擇重復切割。先用刻蝕切割，去除切割位置的底漆，然后用連續切割，割透工件。這種切割方式，會耗費相當長的時間，但質量有保證。

4 結語

綜上所述，出口澳大利亞PN機車激光切割時，應根據實際板材情況，選擇正確的切割方式及參數。可靠的激光切割方式及參數、板材處理是保證切割質量的關鍵所在。

［1］張忠.熱加工工藝[J].戚廠科技，2011（5）.