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激光系统在大型管材管道上的应用

日期:2016-11-04 来源:焊接切割联盟 点击数:

激光切割小直径(小于6英寸)和中等直径(小于12英寸)的管材现在已经广泛应用。然而,激光切割,特别是使用光纤激光器进行切割,对大直径管材进行切割是否有用?为了找到问题的答案,我们来到意大利威尼斯山的普洛赛克酒区,对一家名为Tubilaser的公司进行访问。这家公司供应结构钢管和激光切割连接管件的历史已经超过15年。

图1   Tubilaser为格鲁吉亚第比利斯和平之桥(左)和爱尔兰都柏林的阿维瓦球场(右)所提供的管筒件(图片来自Shutterstock.com)

这家公司为包括桥梁及场馆建设、农机、滑雪缆车构造、室内设计、建筑以及一般制造在内的多个行业服务(图1)。简而言之,其客户可以有对使用激光切割链接管件的任何需要(图2)。Tubilaser最早购买了BLM的激光切管技术以增强其在与其他金属加工厂竞争中的优势。“这使我们能够以更低的成本为客户提供更好的质量。”Guido Bonaldo在介绍中表示。

图2   Tubilaser生产的零件包括轴(左上)、吊灯(右上)、灯具(左下)以及桁架(右下)

01激光切管

Tubilaser首次投资激光管材切割时购买了BLM的小口径切割机,使用CO2激光器作为光源,可以切割直径为4.75英寸、长度为20英尺的管。第二台切割机则采用了3.5 kW的CO2激光器,可以切割直径为20英寸、长度为50 英尺、厚度为0.625英寸的管。除了切割圆管,还切割方形管、矩形管、椭圆管、腔管、弯管以及工字梁管(图3)。

图3   采用激光切割的管和梁(图片由BLM提供)

2014年,Tubilaser购买了其首台使用光纤激光器的切割机,采用IPG 3 kW光纤激光器。这台激光器增强了他们加工大型管的能力(图4)。

图4   光纤激光切割系统正在运行 (图片由BLM提供)

采用激光切割大型管,绝对是15年前Bonaldo在具有高瞻远瞩的企业家精神的情况下所做出的决定。他立刻意识到激光切割,甚至是大型管激光切割的潜在优势。最初投资激光切割机时这些优势并不明显,“起初,所有客户认为我为一台机器做出的如此巨大的投资绝对是疯了,”他指最初决定购买激光切管机。“最开始,大型部件和结构件没有一点生意。我们不得不努力与客户工程部门合作,令设计师相信使用激光加工的诸多优势。这些优势在小型管生意上非常明显,但要让客户相信它用于更大、更重的管时一样出众却还要等些时候。”

慢慢地,Tubilasers的客户开始意识到激光切割的优势,开始为他们的零部件采用创新的设计解决方案。而如今,即使是简单的应用,也要用到激光切割工艺。Tubilaser生产经理Flavio Colusso这样解释道:“该优势不在与单一部件的自动化生产,而在于他们覆盖了项目的整个生产流程,同时与传统工艺相比降低了所有的成本。”为了证明自己的观点,Colusso举例说明:“比如说2根长40英尺的大直径圆形管。这些管要切出90°的槽,沿着管的方向还要切出其他的槽,这样其他的管才能插进来组成管筒结构。现在,你要注意这些槽的切割方向必须与90°槽的方向一致。一个小错误,甚至是1°的误差,就会在管的另一端有很大的偏差。用传统手工工艺制造时这种错误很普遍。返工以纠正此类错误的时间几乎是无止境的。这意味着成本超标,而且此类返工件的外观也从来都不好看。激光管切机能够以传统手工工艺无法比及的精确性和重复性完全自动化地加工这些大型管。”

由于回转卡盘牵引,切割机的3D倾斜切割头可以沿管的方向移动。这种方法为沿工件的任何部位切割提供了高度的精确度和灵活性。“我们所有的客户对切割精度和质量都相当满意,”公司创始人之子Filippo Bonaldo表示。多亏了激光切割工艺,Tubilaser目前以短订货周期和低成本供应高质量零部件。这就是当客户将他们与其他用陈旧的传统手工工艺与其竞争的加工厂相比较时发现的巨大优势。

“传统方法按要求生产一个零件的总生产时间(以及成本)无法提前确定,因为这取决于诸多因素,最重要的因素就是加工者的手艺,” Colusso表示。“用激光器却不同。按需生产任何部件,甚至是后续需要焊接的坡口切割,其成本和时间可以提前计算。无论是生产一个部件还是成百上千个部件,计算成本和实际成本一致。我们的客户非常看重成本与质量的优势。”

成功项目中的一个例子就是生产铁路上的复杂管状结构,”Bonaldo表示。“这些结构体安装在铁路沿线,用来悬挂列车的信号灯和其他指示灯。这些管材用激光切割以后运往现场,准备安装。安装期间无需更多调整或任何其他返工修补,像拼图一样安装这种结构体。”他继续解释到,“在传统工艺中,不同时期操作工的手艺与以往都不同。在过去,只要你给他图纸,操作工自己就可以制造出一个配件。新工人没有这种技能。任何错误都会有很大的经济损失,因为你要么花费很多时间去返工或修复,要么重新开工。由于大直径管的材料费非常昂贵,一个操作工根本无法独自完成。”

02光纤激光的优势

新型BLM切割机被设计用于厚壁大管的切割,而光纤激光器以高速切割薄板材料所具有的最佳性能而闻名,所以你不一定能立即反应到这种新型切管机使用的是光纤激光器。选择光纤激光器是由于其总体运行成本更低。“筒体结构和农机具行业对价格及其敏感——对零件成本控制得很严格,” Bonaldo说。“光纤激光技术,以更低的能耗和更少的维护,帮助节约单位成本。它还能够切割其他在使用CO2激光器时,切割质量不好的材料——镀锌板、紫铜、黄铜、不锈钢。对于任何管材加工厂,这是一种非常重要的能力。”实际上,与CO2激光器相比,光纤激光器耗电相当少;也没有镜片需要调整、清洁和维护。如果使用CO2激光器,会因维护而停机停产。此外,光纤激光器内部有备用模块,如果运行模块出现问题,备用模块也可以激活运行。


图5   光纤激光器切割黄铜及紫铜

虽然起初有些迟疑,但现在Tubilasers 的客户理解到高精度、高质量部件可以在现场安装及焊接的优势,因此激光切割工艺成为他们加工管材类零部件的最新标准。行业设计师也感受到了光纤激光技术所提供的潜在的新的设计自由,而他们已经开始在设计美观、创新性的结构体时对光纤激光技术灵活自如运用。

吸引人的设计、加工零部件的高度精确性、更低的单位成本、更少的维护及安装时间,均证明了多年前Guido Bonaldo将大型厚壁管材管道的加工赌在激光切割技术上的正确性。