本文重點介紹了激光切割機在鐵路貨車鈑金製造中的選型、應用、安裝注意事項、質量控製原則以及未來的發展方向。

激光切割機作為(wei) 鈑金件的常用加工設備，具有精度高、邊緣熱影響區小、切割斷麵質量好、割縫窄、切割斷麵平滑等優(you) 點，常常作為(wei) 企業(ye) 采購的首選設備。

伴隨著鐵路貨車的發展，重載、快捷、輕量化已成為(wei) 其主要的發展方向。鐵路貨車產(chan) 品的設計呈現多樣性、結構特點也越來越複雜，導致異形鈑金件從(cong) 種類和數量上越來越多，從(cong) 經濟性上考慮隻能采用切割下料方式加工。尤其近年來鐵路貨車新產(chan) 品中廣泛應用了不鏽鋼、鋁合金等材質，對斷麵質量及熱影響區要求極高，這也加劇了鐵路貨車製造行業(ye) 切割能力不足，製造工藝水平不高的現狀。因此，許多鐵路貨車製造廠也迫切需要采購激光切割機等關(guan) 鍵設備解決(jue) 目前能力瓶頸，提質增效。

激光切割機的選型

目前，市場上有兩(liang) 大類激光切割機分別是CO2激光切割機和光纖激光切割機。CO2激光切割機是將二氧化碳、氮氣和氦氣按照比例，以幾千倍的大氣壓通過一對正負電極，從(cong) 而產(chan) 生激光，再利用諧振腔，導出可用激光束，通過飛行光路傳(chuan) 導到切割頭，經聚焦鏡將激光聚焦在加工件上，利用激光射線的單一性和高溫熔化、汽化、離子化材料，再配合輔助切割氣體(ti) 吹掉熔化、汽化、離子化的材料產(chan) 生割縫，來實現切割加工的。（而光纖激光切割機則是將大量半導體(ti) 管集中激發後將其中產(chan) 生的若幹激光束耦合再通過光纖傳(chuan) 送到切割頭。）

我國目前市場上的CO2激光切割機的功率均不超過6kW，切割頭移動範圍不超過2m×6m（原因是飛行光路超過9m激光束會(hui) 衰減,影響聚焦的模數,進而影響切割質量），模式一般為(wei) TM01（個(ge) 別廠家承諾能達到TM00），光電轉換率一般，需要水冷卻係統帶走多餘(yu) 熱量，還需要壓縮空氣對飛行光路等部位進行保護和空氣冷卻。這類設備由於(yu) 進入我國市場較早，擁有技術可靠成熟、切割厚度範圍大、易耗件便於(yu) 采購、輔助氣體(ti) 供應鏈完善、廠商眾(zhong) 多等優(you) 勢占有絕大部分的市場份額。如圖1所示，光纖激光切割機商業(ye) 化的時間比較短，市場份額占比小，最主要是波長較短，僅(jin) 有CO2激光切割機的1/10，這較易於(yu) 材料吸收熱量產(chan) 生熱影響區。鐵路貨車鈑金件的常用厚度範圍在2～10mm之間，材料種類有碳鋼、不鏽鋼（鐵素體(ti) 和奧氏體(ti) ）、鋁合金等，尺寸精度要求高，對切割熱影響區的大小尤為(wei) 重視。因此，這一缺點就鐵路貨車製造來說是不能接受的，鐵路貨車采購應以CO2激光切割機為(wei) 主。

激光切割機的安裝注意事項

很多企業(ye) 認為(wei) CO2激光切割機采購回來，接上電就可以用了，其實不然。該設備還需要壓縮空氣、冷卻水、穩壓電源、減壓閥、三種激光發生氣體(ti) 和兩(liang) 種輔助切割氣體(ti) 以及恒溫間等配套設施，如果使用杜瓦瓶還需要減壓汽化裝置和過濾裝置。

激光切割機對環境的要求較高。周圍設備的振動會(hui) 對其加工精度產(chan) 生很大影響，因此，在土建施工時需要在基礎最外圍設置一圈減振溝。在北方城市冬天寒冷，夏天炎熱，早晚溫差大，這對鏡片等元器件影響很大。因此常常需要將其主體(ti) 安裝在恒溫間裏，但由於(yu) 還需要上下料，外部交換工作台必須穿過牆體(ti) 布置在恒溫間外，如圖2所示。

 外部交換工作台

另外，激光切割機機身的設計考慮了自身共振的因素以確保精度，因此恒溫間不能與(yu) 機身硬性接觸，主機與(yu) 恒溫間需要減振夾層和絕熱層。冷卻裝置和電控箱在切割時會(hui) 大量散熱，為(wei) 了減少恒溫間裏空調係統的壓力通常直接為(wei) 其設置直通恒溫間外的散熱口，如圖3所示。這裏還有一個(ge) 小竅門，可以在這裏開一個(ge) 抽拉蓋。作用是夏天熱氣向恒溫間外排放，冬季熱氣直排到恒溫間內(nei) 以節約能源。

圖 散熱口

並且由於(yu) 除塵係統的布袋和廢料豆抽屜都需要定期清理，所以在恒溫間設計時要充分考慮作業(ye) 麵積，同時，還要注意檢修通道。

水冷卻係統中需要的去離子水也常常被忽視。在安裝初期需要1500L電導率＜ 10 µS/cm的蒸餾水（工業(ye) 蒸餾水）用於(yu) 冷卻係統。其中500L用於(yu) 初次水箱清洗；500L用於(yu) 調試驗收階段；最後500L在驗收結束後加到水冷機裏使用，並確保至少每半年更換一次。由於(yu) 國內(nei) 的蒸餾水往往不達標，所以一般使用純淨水等代替。另外，應該在設備排水口處鋪設下水管道，以便於(yu) 排放廢冷卻水。

激光切割機的質量控製

激光切割機內(nei) 部預置有各類材質、各種厚度的參考切割參數值，一般調用切割程序後可以直接選取進行切割。但由於(yu) 鐵路貨車均為(wei) 中厚板，往往切割質量不佳，出現切不透和掛渣現象，對於(yu) 這種情況操作人員是比較頭痛的，那麽(me) 如何才能提高質量呢？大體(ti) 因素分為(wei) 四大類：

(1)激光發生器：輸出功率、激光模式、激光偏振、光束平行度、激光直線度；其中隻有輸出功率可以在額定範圍內(nei) 適當調整，其餘(yu) 影響因素主要靠設備出廠質量和具體(ti) 選型保證。

(2)切割頭：合適的切割鏡片、清潔的切割鏡片、準確的焦點位置、噴嘴種類、噴嘴尺寸、光束是否在噴嘴中心。不同厚度的板材選用不同的切割鏡片，廠家一般提供5寸、7.5寸、10寸聚焦鏡片，鏡片廠家除日本廠商外，一般都是美國Ⅱ-Ⅵinfrared公司。每次切割前，操作人員都應對鏡片進行清潔，選取適合的噴嘴，查看切割頭是否垂直於(yu) 待加工板材。

(3)編程：可靠的切割路徑、預切割。切割程序設置路徑要盡量簡單，注意設置微連接等功能；切割前最好進行一次預切割以確定是否正確，如圖4所示。

圖 程序控製界麵

(4)適合的工藝參數：穿刺點、噴嘴高度、功率、切割速度、輔助氣體(ti) 純度和出口氣壓。

如果穿刺點在零件輪廓線上還是會(hui) 看到明顯的灼傷(shang) 痕跡，所以，盡量在輪廓線外側(ce) 啟弧切線進入效果比較好。

其實影響切割質量最大的是輔助氣體(ti) 純度和出口氣壓、切割速度、焦點位置。這裏建議先盡量選用氣體(ti) 純度較高的輔助氣體(ti) ，在此基礎上，嚐試增加輔助氣體(ti) 出口氣壓，再調整切割速度，最後再嚐試改變焦點位置的方法進行逐步調節。當切割質量穩定後，再固化到加工參數和數控程序中，但要注意不要破壞原參數，要新存一個(ge) 。

在對不同板材、不同厚度調節輔助氣體(ti) 的出口氣壓和切割速度時，可以本著碳鋼薄板按“高壓高速”調節，厚板按“低壓低速”調節，不鏽鋼板和鋁合金板薄板按“低壓高速”調節，厚板按“高壓低速”調節的調整方向嚐試。另外，一般情況下碳鋼切割采用O2穿刺O2切割，不鏽鋼和鋁合金采用O2穿刺N2切割，但經過實驗發現對於(yu) 鐵路貨車的中厚板各材質采用N2穿刺N2切割效果更好。

曾經有使用單位詢問說，為(wei) 什麽(me) 中厚度的碳鋼切割斷麵沒有出現藍色致密光滑的狀態？其實隻要增加輔助氣體(ti) 的出口氣壓一般都會(hui) 出現，希望以上這些使用單位多多嚐試。

結束語

其實CO2 激光切割機受到輸出功率等因素的製約已經基本發展到極限，而光纖激光切割機隨著美國IPG公司的大功率激光發生器逐步商業(ye) 化，技術的不斷成熟，在未來波長短的缺點會(hui) 被彌補、耦合光束中的有害光也會(hui) 得到控製、掛渣現象好轉，再加上除了需要消耗輔助氣體(ti) 和少量鏡片外就隻需要電能，高的電光轉化率等優(you) 點，未來它必然會(hui) 成為(wei) 切割設備的主力，尤其在鐵路貨車中厚板切割中，完全有實力取代等離子切割機和火焰切割機，當然它的應用領域會(hui) 更加的廣泛，真正成為(wei) 高質、高效、節能的切割主力設備。