激光切割机在水电站管路工厂化预制中的应用

2023-08-16杨飞龙

水电站机电技术 2023年7期

杨飞龙

（中国水利水电第十四工程局有限公司，云南昆明 650041）

1 背景

管道预制工作长期以来都是以手工现场为主，但是随着工期要求的提高和工程质量的要求，水电站工厂化预制已成为关键的施工环节。管道预制工艺日趋工厂化，为满足市场需求预制加工厂也应运而生，本文着重介绍了激光切割机在管道工厂化预制中的应用，为管道制造提供了技术保障。

2 目的与意义

本文旨在介绍激光切割机在管道工厂化预制中的应用，并探究其在工业制造技术中的发展趋势。通过研究机械设计、数控系统和控制系统等关键技术，提高激光切割机的切割效率和精度，为管道预制工艺的工厂化提供指导和帮助，推动工业制造技术的进步和发展。本文对于加快推进工厂化生产方式的实施，提高行业竞争力具有重要的现实意义。

3 难点与挑战

随着管道工艺的工厂化趋势不断加强，如何提高管道预制加工的精度和效率成为了制约行业发展的瓶颈。在此背景下，本研究选取激光切割机为研究对象，探索其在管道工厂化预制中的应用，并解决其精度、速度和厚度等方面的难题。然而，本研究面临的难点与挑战主要包括如何设计合理的数控系统和控制系统，以及如何优化激光切割机的机械设计，进一步提高生产效率和质量。为此，本研究将充分结合理论研究和实践操作，力求打造出更加高效、准确、稳定的激光切割机，为水电站管道预制工厂化提供技术保障。

4 激光切割机的基本原理

激光切割机的基本原理是利用激光束的高能量密度进行材料切割。激光束经过准直、聚焦和控制后，可以在金属板材上形成一个小而密集的热源，使金属材料局部熔化、汽化或氧化，从而实现切割目的。激光切割机采用数控系统和控制系统对切割位置和深度进行精确控制，可以实现高精度、高效率、高质量的切割。机械设计对激光切割机的稳定性和精度起到关键作用，因此需要具备结构合理、运转平稳、寿命长等优点。在管道预制加工中，激光切割机的应用可以有效提升切割效率和质量，为工艺管道制造提供了有力支撑。

5 激光切割机在管道预制中的工艺流程

在管道预制加工中，激光切割机是非常重要的一种设备。其应用可以高效、准确地完成金属板材的切割，且可以容易地处理各种复杂形状的材料。在本文中，我们将阐述激光切割机在管道预制加工中的工艺流程。

一般来说，管道预制的流程通常包含扫描、制图、计算元件尺寸、排列和布置以及开始切割这几个阶段。当这些步骤完成后，激光切割机就可以投入使用了。

在第一步中，我们需要使用激光扫描仪将需要加工的管道外形进行扫描，并得到三维模型。然后，利用 CAD 软件对其进行细节处理，以便为下一步的加工做好准备。

在第二步中，我们需要将处理好的三维模型输入到激光切割机的计算机数控系统中。通过这个系统，我们可以进行相关参数的设定，包括切割深度、切割速度等。此外，我们还可以根据实际需要设置激光的方向和角度等。

在第三步中，我们需要按照具体的管道预制加工流程进行切割。此时，我们需要调整激光切割机的切割深度、速度等参数，并通过控制系统对其进行实时监测和调节。

在第四部分，我们需要排列和布置预制好的管道元件。此时，我们需要根据实际的项目需求和加工要求进行精细设计，同时需要考虑到加工过程中可能会出现的问题，为后续加工提供必要的帮助和指导。

在第五步中，我们开始进行管道预制工作。此时，我们需要将预制好的管道元件，一一组装起来，并进行必要的测试和检验。同时，我们需要密切关注工艺流程的每一个环节，同时不断完善和改进我们的加工方法，以便获得更好的产品效果和客户满意度。

综上所述，激光切割机在管道预制加工中是非常重要的一种设备。通过对其工艺流程的掌握和实施，我们可以更高效准确地完成工作。

图1 激光下料+坡口一体机示意图

6 机械设计在激光切割机的应用

在激光切割机的应用中，机械设计是至关重要的一环。机械设计的好坏会直接影响到激光切割机的性能和切割效果。因此，优秀的机械设计可以使激光切割机更加高效地进行切割，提高生产效率和质量。

首先，在机械设计中需要考虑的是激光切割机的结构，包括机身、传动系统和激光器等。机身应该具备高强度、刚性和稳定性，能够减少振动和噪音，保证切割精度。传动系统应该保证传动平稳、精确和可靠，以避免误差。激光器要具备高功率和高效率，以提高切割速度。

其次，在机械设计中还需要考虑到切割头的设计。切割头是激光切割机的关键部件，直接决定了切割质量和效率。因此，需要在切割头的设计中充分考虑到激光光路、气路和冷却等方面的因素，以优化切割效果。

最后，在机械设计中还需要考虑到数控系统的设计。数控系统是激光切割机的大脑，能够实现精确的位置和深度控制，保证高质量的管道预制。因此，需要在数控系统的设计中充分考虑到软件和硬件的兼容性和稳定性。

综上所述，机械设计在激光切割机的应用中具有重要的作用。只有进行优秀的机械设计，才能使激光切割机更加高效、精确地进行切割，从而提高生产效率和质量。

7 控制系统在激光切割机的应用

在激光切割机的应用中，控制系统是关键的一部分。控制系统包括数控系统和控制软件，可以实现对激光切割机的精确控制和操作。在水电站管道预制加工中，通过控制系统可以精确地控制切割位置和深度，从而保证预制管道的质量和准确度。同时，控制系统还可以实现对机器的自动化控制，提高生产效率和减少人力成本。因此，控制系统的稳定性、精确性和可靠性对于激光切割机在管道预制加工中的应用具有重要意义。通过不断优化激光切割机的控制系统，可以进一步提高管道预制加工的质量和效率，满足市场需求。

8 数控系统在激光切割机中的应用

数控系统在激光切割机中具有关键作用。其基本原理是通过预先设定好的切割程序，将切割所需要的位置、深度、速度等参数转化为数字信号，再由控制系统控制激光切割头的运动轨迹，最终实现金属板材的高精度、高效率切割。数控系统包括硬件、软件两部分。硬件部分包括数字信号调节器、伺服电机、运动控制卡等，软件部分包括切割程序编辑器、切割模拟器等。数控系统可以保证切割的准确性和重复性，减少人工操作的误差，提高激光切割机的生产效率和可靠性。数控系统在激光切割机中的应用主要包括以下4 个方面：

（1）切割路径规划和优化：数控系统可以根据设计图纸和加工要求，自动生成切割路径，并对路径进行优化以提高切割速度和精度。

（2）切割深度和速度控制：数控系统可以通过调整激光功率和切割速度，实现对切割深度和速度的精确控制。这可以保证切割质量和加工效率。

（3）实时监控和反馈：数控系统可以实时监控激光加工过程，包括激光功率、切割速度、切割深度等参数，同时将其反馈给控制系统，以保证加工过程的稳定性和可靠性。

（4）扩展功能和自动化控制：数控系统还可以扩展一些特殊的功能，例如边缘自动对齐、智能放料等，并实现对整个激光切割机的自动化控制，从而提高生产效率和质量。

在激光切割机中，数控系统发挥着至关重要的作用。它不仅可以提高切割精度和效率，而且可以实现对整个加工过程的自动化控制。因此，在选择激光切割机时，应该优先考虑其数控系统的性能和可靠性。

9 管道预制工艺的现状与问题

随着工业的不断发展，管道预制工艺已成为施工过程中不可或缺的环节。传统的手工现场制造方式已经难以满足现代工程建设的要求，而工厂化预制正是应用新技术、新工艺进行管道制造和加工的有效途径。目前，管道预制工艺普遍存在的问题有以下4 点：

（1）制造周期长，导致整个工期被拉长，增加了人力和成本的压力。

（2）制造精度不稳定，由于手动操作难以保证制造精度的一致性，导致多批次制造成品的精度存在差异。

（3）生产效率低，由于手动操作工作强度大，易疲劳，限制了生产效率提高的空间。

（4）对原材料的浪费量大，由于手工技术水平参差不齐，耗材浪费严重。

面对这些问题，水电站管路工厂化预制成为了不可回避的趋势。通过引入新技术和新工艺，以激光切割机为代表的高效加工设备在管道预制工艺中得到广泛应用，可以有效解决上述问题。未来，随着工业技术的发展，管道预制工厂化将会不断完善，生产效率和制造精度将会更高，同时耗材浪费也会得到更有效的控制，成为工业制造领域的重要趋势。

10 管道预制工厂化的优势和必要性

随着工业的不断发展，管道预制工艺也越来越重要。传统的手工现场加工方式已经无法满足现代工业对于高效率、高品质和高质量的要求。因此，工厂化预制成为了必然趋势。将管道预制工艺工厂化可以提高生产效率、降低成本和减少人工错误的发生。此外，工厂化预制还可以提高管道制造的一致性和稳定性，从而提高整个工程的质量。

在水电站管道预制工艺工厂化中，激光切割机的应用尤为重要。激光切割机可以通过数控系统和控制系统实现高精度的切割，且可以完成复杂形状的切割。使用激光切割机能够大幅提高管道制造过程中的生产效率和工作质量，同时也能降低人工成本和减少时间浪费。近年来，随着激光切割技术的不断发展和成熟，激光切割机在管道预制工艺中的应用前景非常广阔，其应用价值也越来越受到人们的关注。

因此，水电站管道预制工艺工厂化和激光切割机的应用都是当前工业制造中非常重要的发展趋势。只有将新技术新工艺应用到工业制造中，才能保证工业制造水平的持续提升，为现代工业制造的发展做出更大的贡献。