常见的坡口形状有哪几种(坡口激光加工为什么火起来了？)

Posted 2023-05-25

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常见的坡口形状有哪几种(坡口激光加工为什么火起来了？)

从事机械行业的都知道，在船舶、工程机械、石油管道等生产制造过程中，根据设计或工艺需要，厚钢板结构件的焊前准备中，坡口加工一直都是一个必不可少的工序，在焊件的待焊部位加工并形成一定几何形状的坡口，开坡口的目的是为了得到在焊件厚度上全部焊透的焊缝，坡口加工的质量、精度和效率是影响产品质量和成本的关键要素。常用的坡口形式有I形坡口、V形(带钝边)坡口、U形(带钝边)坡口、X形(带钝边)坡口、单边V形(带钝边)坡口和K形(带钝边)坡口。目前开坡口的方式很多：冲剪、磨削、碳弧气刨、等离子切割、激光切割等，具体工艺需要综合材料、结构等多方面因素，但是大部分工艺的效率都很低。

现一般采用火焰、等离子加工方式，该加工方式会产生较深的切痕，这些凹痕是因为打磨不小心造成的，如果不在焊接前消除很容易造成坡口不熔合。一般凹痕的深度超过3mm就必须消除，根据共同规范，如果是在重要的位置，这些凹痕只能采用打磨的方法消除，不允许补焊。同时由于火焰和等离子加工方式属于大热源输入加工方式，高强度钢板在热加工方式下，板材会产生热形变，因此，此种加工方式还需要进行反形变的工序，这成为坡口加工的一道难关。

激光加工（图1）是热变形最小、切口质量最佳的一种新型坡口加工手段，在国外，目前已经普遍采用激光坡口切割机加工20mm以内的钢板，可一次成形V、X、Y等形坡口，将传统切割、铣削等多道工序完成的坡口加工一次完成，大大提高效率、保证质量、节约资源，切割零件的质量高，尺寸精度高，Y、K等形坡口留根均匀一致，具有较高的表面质量。例如在最新建造的新型船舶上广泛使用高强度，低合金钢的T形构件，采用激光加工成形技术，使船舶的重量大大降低。船体平板为了适应海洋流力学的需要，都被设计成具有复杂的三维曲率形状，激光辅助平板成形技术可以代替费力、费时、具有一定的危险性的机械加热成形工艺，应用前景良好。

图1 激光加工

今天就要给大家推荐一款坡口光纤激光切割机（图2），加工效率、质量都很高，生产效益瞬间翻了一番！之前，如果需要对结构件做坡口焊接准备工序，通常采用激光直切下料，再以人工或者自动刨边机辅助方式加工坡口。但多工序的运用，激光下料、半成品转运、装夹定位等，面临工序操作繁琐，加工周期长，人工成本高，生成效率低等问题。

因此，要解决坡口加工问题，必须引入坡口光纤激光切割技术，为客户提供一站式解决方案。

相较于普通垂直切割应用，坡口切割应用难度呈几何级增长，数控系统依据数据库控制自动读取回转角度及摆动角度作为轴的偏移补偿，实时地调整回转轴和摆动轴的姿态。与此同时，电容调高监测钢板位置，反馈高度位置信号使切割头以恒定的切割高度完成坡口切割。其中，切割参数需要根据不同的坡口种类以及坡口角度分别设置，穿孔和切割参数需兼顾摆角造成的厚度差异。

自动调焦作为应用的先决条件之一，自动调焦技术必不可少。自适应镜片在受压情况下，镜片曲率产生变化从而实现焦点移动。通常切割碳钢时，在穿孔阶段使焦点位于钢板内，以较高的激光功率密度实现快速、少熔渣穿孔；而进入切割阶段，设置焦点位于钢板表面之上，以较大的光斑和割缝实现氧气切割。

图2 普睿玛激光切割机

得益于普睿玛穿孔监测技术，万瓦级功率可1秒实现20mm碳钢板的快速穿孔，穿刺点直径明显小于普通脉冲穿刺，且穿孔过程结束后立即进入切割过程，该过程在节省50%～80%穿孔时间的同时，大幅压缩引入线的切割长度，并实现清洁、无飞溅的优异小孔切割质量。

该技术一出，直击行业应用痛点，推陈出新，包括工程机械、压力容器、造船、医疗器械、汽车制造、钢结构等都纷纷使用。

据前面描述，复杂的切割形状只需按动激光切割机上的一个按钮就能自动完成，而以前，通常都需要技能熟练的操作人员来完成切割图形。结果是，造船厂能减少劳工人数，而不必担心切割形状和后续的焊接加工等。出于多轴需求的原因，激光坡口切割仍然需要在穿孔加工时产生不必要的运动，例如在角落处和定位时。未来的计划是尽量减少类似的、不必要的运动以提高生产效率。

在新基建的驱动大背景下，随着我国铁路建设、公路建设、水利建设、水电建设、能源、矿山建设等重大工程的推进，大幅面坡口激光切割机将在我国工程机械行业得到普遍应用。特别是随着工程机械的大型化，需要采用800MPa或强度更高的低合金高强度钢结构，为了保证焊接接头具有良好的韧性，必须合理控制焊接热作用，避免焊接接头脆化，传统的热加工方式已经不能适应目前高强度钢板的成形。

——摘自《钣金与制作》 2020年第11期