中厚板高功率激光加工技术趋势

文/杨绪广，明皓·济南邦德激光股份有限公司

近年来，随着国内高功率激光技术的日趋成熟，切割工艺愈发完善，相较于等离子、火焰等传统加工方式，万瓦激光切割技术在改善切割精度、节约材料、减少劳动强度、提高生产率方面显示出巨大优势，推动了工程机械、农业机械等行业的发展，加工方式的革新也进一步拉近了我国机械行业水平与国际先进水平之间的差距。工业4.0的发展需要良好的产品作为发展的基础，激光切割作为机械行业生产过程中的关键技术，有助于产品质量及效率的提升，促使激光切割技术成为数控加工技术发展的主要方向之一。

工程机械行业发展现状

后疫情时代，作为逆周期调节的重要工具，基建投资作为稳增长的重要抓手，有效拉动了工程机械的需求，在国内外需求复苏、设备更新换代、排放标准升级等多效应的推动下，工程机械行业迎来了巨大的发展机遇。与此同时，社会经济发展也促进了传统机械行业的产业结构调整，工程机械行业正由增量市场为主的需求结构向存量市场升级、更新并重的需求结构转变，由仅追求性价比向高性能、高质量、高可靠性、高适应性发展。在工程机械发展过程中，传统加工方式存在的下料工序复杂、劳动强度高、关键配套件生产效率低下等问题，正在被激光加工技术逐步替代。激光切割下料、激光加工的工程机械零部件如图1、图2所示。

图1 工程机械零部件激光切割下料

图2 激光加工的工程机械零部件

农业机械行业发展现状

随着国内城市化进程持续加速，在农村劳动力大量转移的情况下，农业生产经营者种植规模化和集中化程度增加，拥有大面积种植的农业生产经营者倾向于选用自动化农业机械完成农业生产、植保工作。2019年全国农作物耕种收综合机械化率已达70%，小麦、玉米、水稻三大主粮总体上已基本实现机械化，正加速向农业各产业全面机械化推进，机械化在我国农业、农村现代化进程中发挥了重要作用。与发达国家相比，我国农业机械制造行业虽规模较为庞大，但整体行业还是以“低端、低质”为主，很大一部分农业机械零件生产厂家规模及产品加工方式都存在一定的局限性，在生产环节仍采用传统落料加工方式，效率低下、精度无法满足需求，不利于我国农业机械制造行业整体快速发展。想要提升农业生产效率，依然要将激光落料技术应用到农业机械制造中，以此提升农业机械生产的综合质量。激光切割下料、激光加工的农业机械零部件如图3、图4所示。

图3 农业机械零部件激光切割下料

图4 激光加工的农业机械零部件

激光切割应用现状分析

目前对于工程机械与农业机械而言，在加工过程中会涉及到各种类型的零件，其中最重要的部分是大型结构件，通常是由铸钢件和板材件拼焊而成，这不仅关系到机械整体外观质量，而且还影响到整体机械性能。随着我国高强钢的发展，市场上对级别在960MPa以上屈服强度钢的需求量不断增加，相应对其切割质量也提出更高要求。对于大型结构件因其体积大对机械加工精度要求高，传统的切割方式已难以保证切割质量。大幅面激光切割机，如图5所示，以其切割速度快、切割效率高以及切割质量好等优势迅速得到广泛应用。

图5 大幅面激光切割机

在板材件拼焊工艺中，对焊接工艺要求较高，需要结合实际需求选择焊接方式才能保障焊接的质量和效果。在此背景下，三维五轴激光坡口工艺应运而生，可有效加工V形坡口、Y形坡口、K形坡口及X形坡口等复杂坡口工艺，更好地保证焊接强度及质量，提高加工效率。

随着智能化、自动化技术水平的提升，激光切割智能制造系统将如图6所示的订单管理、生产管理以及如图7所示的仓储管理、成本分析等生产环节结合起来，有效提升企业生产水平和生产能力，更好地应对复杂的产品。

图6 订单管理系统

图7 仓储管理系统

加工性能对比分析

新技术的发展必然要有效率的提高，才能为用户创造更多的价值。等离子弧切割具有明显的热效应，精度较低，且切割表面难以再进行二次加工；而激光加工柔性好，可以加工任意复杂图形，切边受热影响很小，加工过程绿色无污染。激光加工与等离子弧切割加工性能比较见表1。

表1 激光加工与等离子弧切割加工性能比较

目前很多行业诸如重工领域，都已在探讨并试验采用万瓦激光切割代替等离子弧切割，激光切割在改善切割精度、提升切割效率和降低劳动强度等方面显示出巨大优势，随着传统产业的技术升级以及产业结构调整，激光切割设备应用越来越广泛。邦德激光作为全球出货量最大的专业激光设备提供商，拥有行业权威的研发中心，由国家级科研所激光产业带头人、数控机床切割机国家标准起草人杨绪广先生任总经理，与中国工程院院士姜会林及其研究团队共同建设院士专家联合创新中心，为客户提供最专业的行业解决方案，新推出的G系列地轨式高功率大幅面激光切割装备，为工程装备、农业机械等行业提供最完善的下料方案，助力企业降本增效，全面提升企业核心竞争力。

邦德激光G系列主要功能特点

超强的适应能力

邦德激光G系列地轨式高功率激光切割机，如图8所示，可以适配市面上现有等离子弧切割机的地基，直接利用原有地基安装使用，极大地节省了地基浇灌时间及成本；针对无水泥地基的客户亦有床身基座选配，帮助客户快速进入生产状态。

图8 地轨式高功率激光切割机

激光头主动避障功能

邦德激光通过大量极限测试优化随动算法，提前感知障碍并发挥电机最优性能高速响应避开障碍，有效解决大幅面批量切割过程中因切割工件翘起干扰切割和碰撞激光头等问题，如图9所示。

图9 激光头主动避障

安全防护功能

G系列地轨式高功率激光切割机为应对大幅面切割中的安全漏洞，在横梁前后加装安全光栅，如图10所示，一旦检测有人员或物体进入横梁安全距离范围内，立即启动紧急停车，有效保障人身与设备安全。

图10 安全防护光栅

适配坡口切割

G系列高功率大幅面激光切割机可选配坡口加工，如图11所示，在工程机械、农业机械等生产制造过程中常见的坡口形式如V形坡口、X形坡口、K形坡口、Y形坡口等均可实现完美加工，一次成型。

图11 适配坡口切割

厚板过热自适应功能

邦德激光以焦点智能矫正和板材智能标定为核心技术，辅助喷嘴智能清洁功能，通过算法优化，自动计算切割头在长时间切割过程中产生的焦点漂移，从而确保中厚板长时间稳定切割无问题。

万瓦优势

邦德激光在2019年全球首发30000W产品，2020年9月全球首发40000W产品，2020年11月全球首批30000W产品交付，万瓦产品不断创造新纪录。截止2021年10月，邦德激光已与600多家金属加工客户达成万瓦战略合作，多年蝉联激光行业出口量、出口额全国第一。作为国内最早攻克万瓦切割工艺性能技术瓶颈的厂商之一，邦德激光拥有丰富的技术经验积累，针对万瓦切割工艺所研发的智能穿孔、涡旋起步、气压智能控制等技术也一度遥遥领先，为行业内所借鉴。

本次发布的新机型G系列搭载自主研发的Bodor Thinker系统，采用先进切割工艺，切割样件切面整齐、底部光洁无毛刺挂渣、无需二次加工，如图12所示，可完美实现碳钢极限切割、厚板极限小孔切割、碳钢厚板尖角切割等需求，标配无级穿孔工艺和邦德云平台，加工效率大大提升。

图12 板材切割样件

作为一家全球化的企业，邦德激光现有员工2000多人，来自全球20多个国家。其中专业研发团队超过200人，注重在超高功率切割工艺、核心技术自研以及颠覆性功能创新方面的突破与领先。同时，售后服务团队超过300人，有45个售后服务网点，24h提供问题解决方案。目前邦德激光业务已覆盖全球200多个国家和地区，建立了覆盖全球的服务网络，成为众多知名企业的合作伙伴。