激光切割如何提升焊接的精度与效率

2022-06-17王晶上海柏楚电子科技股份有限公司

钣金与制作 2022年6期

文/王晶·上海柏楚电子科技股份有限公司

在“中国制造2025”不断深化的背景下，激光技术正在逐步推动中国制造业新一轮的产业升级，迈向以智能制造为主的工业4.0时代。在这一战略发布的十大重点领域中，航空航天装备、新能源汽车等领域对激光焊接、激光切割、3D激光熔融打印等高端激光技术的需求将被不断释放。这其中，随着金属管材的产量和消费日益增长，管材的加工需求也越来越大，激光切管技术的诞生更是给管材加工注入了新的血液。激光切割管材如图1所示。

图1 激光切割管材

在整个加工流程中，下料是至关重要的一环，随着传统下料被激光下料逐步取代，下料工艺与焊接工艺的配合也发生了很大改变。下料工艺与焊接工艺如果配合不好，焊接时会增加很多麻烦，反之，若配合得好，也能使焊接事半功倍，使整个生产流程更加顺畅、高效。为了能够更好地配合好焊接，激光下料应做好以下三个方面。

解决由激光切割特性带来的影响

在传统下料工艺中，由于手工锯削的包容性强，锯断是不需要特别考虑材料厚度的，即使是圆棒也可以慢慢锯断。而激光切割则对材料厚度非常敏感，过厚的材料会影响其切割效率，甚至可能无法切透。传统火焰切割方式中，手持式火焰切割的喷头细小又灵活，可以根据切割需求人为地自由调整切割位置；相比于传统的手持式火焰切割喷头，激光切割头则要宽得多，因此在切割过程中更需要注意避免切割头与管材的碰撞，如图2、图3所示。

图2 切割下料

图3 激光切割安全性对比

此外，市面上很多激光切管机是不带摆轴的，这固然节省了成本，但缺少摆轴的激光切管机，做不到切割头在管料拉伸方向的倾斜，所以无法切出坡口零件。L形拼接需要坡口才能完全吻合，而普通切管机切出的斜切零件端面有凸起，不能够两两拼合，如图4所示，所以无法实现直接焊接。有些工厂为了避免这种干涉，在焊接之前增加了打磨工序，这无疑降低了生产效率。

图4 缺少摆轴的切管机切出的零件拼接有干涉

对于这类问题，通常是通过修改图纸来解决。以L形拼接为例，为了应对拼接干涉，在实际操作过程中可以把干涉的部分切掉，再满焊填补缝隙（焊缝补偿）；也可以把零件设计成其他形状，如公母拼接、圆角V槽，进而避开坡口切割这个难题，如图5所示。

图5 避开坡口切割实例

使焊接更牢固更美观

为了提高接头强度，可以主动改变下料形状，在拼接边缘切出坡口，如图6所示，这样不仅能降低焊接难度，还可以使成品更牢固、更美观。

柏楚三维套料软件TubesT里提供了类型丰富的坡口功能，极大地简化了这类图纸的生成步骤，能够快速适配不同的焊接需要。使用TubesT处理后的零件效果及焊接成品效果如图7所示。

图7 使用TubesT处理后的零件效果及焊接成品效果

避免误差导致的拼接问题

对于激光切管机来说，卡盘安装精度、管材本身的精度、夹持精度等细节，都会对最终的切割结果造成影响。如图8所示，如果累计误差过大，切出来的零件在拼接时，就会有明显的干涉或者缝隙，进而影响最终的焊接质量。

图8 零件误差实例

为了减少误差，应当尽量保证机器精度和管材精度。除此之外，柏楚切管系统也提供了许多动态补偿误差的方案，如利用随动支架减少管材转动过程中的甩动误差、利用加工中寻中（加工的同时进行寻中）来减小每段管材内的中心误差等。

柏楚深耕激光领域多年，围绕切割控制技术，力求打通上下游工序，共建高效、高质、高能的自动化生产流程。

柏楚三维套料软件TubesT，如图9所示，围绕下料图纸，将多年沉淀的经验整合到软件功能中，面对不同的焊接要求，都能便捷地生成对应的加工轨迹，省略了用户对方案和参数的摸索。同时，辅以完备的图形工艺和套料功能，能全面接管用户的图纸难题。柏楚管材切割软件TubePro充分发挥激光切割优势，保证高速、高精度下料，全方位提升用户体验。两个软件相辅相成，共同为焊接提供了有力保障。