CN104325218B - 一种精密钛焊管激光切割装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种精密钛焊管激光切割装置及方法，包括操作平台、激光切割系统、氧化保护及除渣系统、进给旋转系统及上下料系统。通过激光的非接触切割，并采用氧化保护气体对激光切割时的管口进行氧化保护和除渣，有效解决了钛焊管切割管口变形的问题、且管口切割光滑无毛刺、无氧化和切割熔渣残留。加工切割效率较无屑旋转和圆盘锯类切割提高两倍以上，保证了实际产品交付质量，彻底消除了对管口变形等质量问题的缺陷。而且整套设备造价只有激光头旋转切割设备造价的四分之一左右，有助于实际推广应用。

Description

一种精密钛焊管激光切割装置及方法

技术领域

本发明属于钛焊管切割技术领域，涉及一种精密钛焊管激光切割装置及方法。

背景技术

钛焊管的轧制过程主要分为成型、定径、牵引校直、切割等几个部分，其中成型部分成型为一条较长的封闭的圆形钛管，其后要经过切割将其切成用户指定长度的钛管。

当前，钛焊管行业在进行钛焊管定尺切割时一种方式是采用无削旋转切割或圆盘锯切割。该类切割方式因刀片下压接触钛焊管进行切割，均不可避免的存在管口加工毛刺大和管口缩口、椭圆变形大的问题。而为减小加工毛刺形成量和管口变形，就必须减小加工进给量，使加工刀具缓慢进给，导致加工效率低下且仍无法避免加工毛刺形成和管口缩口、椭圆变形问题的产生，从而对产品交付产生影响。

另外，还采用一种激光头旋转切割设备进行切割，虽然切割管口没有变形，但由于激光切割钛焊管过程中是采用融化钛金属的切断方式，因此高温导致在切断管口产生氧化和钛金属熔屑以及在管口内部粘接许多细小的熔渣，不能有效地解决管内氧化和切割熔渣残留问题。而且现有的激光切割设备价格较高，还存在难于推广普及应用的问题。

然而，钛焊管的交付一般要求管口不能变形，包括缩口、椭圆等变形；还要求管口切割面光滑，管内不能有氧化和熔渣、钛屑存在。因此，当前的两种钛焊管切割设备和切割方式均存在一定的问题和缺陷。

发明内容

本发明解决的问题在于提供一种精密钛焊管激光切割装置及方法，通过氧化保护气体对激光切割时的管口进行氧化保护和除渣，有效解决了钛焊管切割管口变形的问题、且管口切割光滑无毛刺、无氧化、无切割熔渣残留。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种精密钛焊管激光切割装置，包括操作平台、激光切割系统、氧化保护及除渣系统、进给旋转系统及上下料系统；

所述的激光切割系统，包括设立在支架上的激光发生器，激光头与激光发生器相连接并伸出支架，激光发生器还连接有激光冷却器；

所述的氧化保护及除渣系统，包括端部开设有吹气口、尾部开设有进气口的除渣器，进气口通过气体管道经气体调压装置与存储有无氧化保护气体的储气罐相连接；储气罐还通过气体管道与管外气体喷气口相连接；

所述的进给旋转系统，包括激光进给驱动装置、除渣器进给驱动装置和设置在操作平台上的气动夹持旋转机构，激光进给驱动装置驱动激光头进入切割位置或退回原位，除渣器进给驱动装置驱动除渣器伸入气动夹持旋转机构所夹持的钛焊管内或退回原位；

所述的上下料系统，包括上料架机构、稳定夹持机构和下料架机构。

所述的激光进给驱动装置与支架相连接，激光进给驱动装置通过支架带动激光头运动；激光冷却器设在操作平台的外侧。

所述的除渣器进给驱动装置与支架相连接并位于激光头的下方，除渣器进给驱动装置驱动除渣器伸出或返回；

所述的管外气体喷气口还与除渣器进给驱动装置，除渣器进给驱动装置驱动管外气体喷气口对准气动夹持旋转机构所夹持的钛焊管的切割部位。

所述的激光进给驱动装置为由伺服电机驱动的旋转丝杠，除渣器进给驱动装置为气缸驱动装置。

所述的除渣器的端部顶头封闭，其开设的吹气口为斜向开口，其开口倾向尾部。

所述的除渣器的端部开设有多个吹气口，吹气口沿周向均匀分布。

所述的激光进给驱动装置、除渣器进给驱动装置和气动夹持旋转机构还分别与控制其动作的控制单元相连接；所述的气体管道还设有与控制单元相连接的电磁阀；控制单元还与激光发生器相连接。

所述两套激光切割系统、氧化保护及除渣系统在上下料系统两端相对称设置，可同时对钛焊管两端同时切割。

一种精密钛焊管激光切割方法，包括以下操作：

1)上料架机构将待切割的钛焊管输送到操作平台上，再将钛焊管进给到气动夹持旋转机构中并露出待切割的部位，并由稳定夹持机构夹持；

2)激光进给驱动装置驱动激光头进入切割位置，除渣器进给驱动装置驱动除渣器伸入钛焊管内并且其端部超过切割部位，管外气体喷气口对准钛焊管外的切割部位；

3)气动夹持旋转机构旋转所夹持的钛焊管，激光发生器启动，激光头发射激光对旋转的钛焊管进行非接触切割，同时除渣器、管外气体喷气口通入无氧化保护气体，将无氧化保护气体喷出，在钛焊管切割位置内外均形成氧化保护环境；在切割时除渣器的吹气口吹出的无氧化保护气体将切割生成的熔渣吹出到钛焊管外；

4)切割完成后，激光发生器关闭，无氧化保护气体管路关闭，激光进给驱动装置驱动激光头退回，除渣器进给驱动装置驱动除渣器退回；气动夹持旋转机构、稳定夹持机构松开对钛焊管的夹持，钛焊管被输送到下料架机构，由下料架机构将其输出。

所述的进入除渣器、管外气体喷气口内的无氧化保护气体的压力为0.4-0.6MPa；除渣器的端部超出切割部位的距离为15-30mm。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供的精密钛焊管激光切割装置及方法，通过激光的非接触切割，并采用无氧化保护气体(比如惰性气体)对激光切割时的管口内外进行氧化保护和管内除渣，有效解决了钛焊管切割管口变形的问题、且管口切割光滑无毛刺、无氧化、无切割熔渣残留。加工切割效率较无屑旋转和圆盘锯类切割提高两倍以上，保证了实际产品交付质量，彻底消除了对管口变形等质量问题的缺陷。而且整套设备造价只有激光头旋转切割设备造价的四分之一左右，有助于实际推广应用。

本发明提供的精密钛焊管激光切割装置及方法，由于采用固定激光头进行非接触金属熔化切割，因此不会在切割管口产生任何压力变形，杜绝了切割管口产生缩口、椭圆变形的问题；并采用精密夹持和稳定的气动旋转卡盘实现了钛焊管的旋转切割，保证了精密钛焊管精确圆滑的管口切割质量。

本发明提供的精密钛焊管激光切割装置及方法，在进行激光切割时在切割管口内外施加无氧化保护气体杜绝了因激光切割高温导致的钛金属管内外表面氧化；将无氧化保护气体增压直接施加在切割位置消除了管口外缘产生的切割熔屑；同时采用除渣器伸入到钛焊管内部，向切割口吹出增压的氧化保护气体，将在切割位置高温产生的管口内缘熔屑以及切割飞溅产生的熔渣瞬间清除到钛焊管外部，在切割时可以明显见到吹出的火星而管内无切割熔渣残留；保证了管口内外无氧化，无熔渣毛刺的产生，符合ASTMB338和ASMEB338关于钛焊管的质量标准，达到钛焊管成品交付质量要求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为除渣器的结构示意图；

图3为本发明与无屑切割所产生的切割面的对比图。

其中，1为激光冷却器，2为激光发生器，3为激光头，4为储气罐，5为除渣器，6为左侧气动夹持旋转机构，7为稳定夹持机构，8为下料架，9为右侧气动夹持旋转机构为，10为激光进给驱动装置，11为上料架，12为控制单元；

201为除渣器保护罩，202为除渣器伸缩口，203为吹气口，204为进气口，205为除渣器进给驱动装置。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

参见图1、图2，一种精密钛焊管激光切割装置，包括操作平台、激光切割系统、氧化保护及除渣系统、进给旋转系统及上下料系统；

所述的激光切割系统，包括设立在支架上的激光发生器2，激光头3与激光发生器2相连接并伸出支架，激光发生器2还连接有激光冷却器1；

所述的氧化保护及除渣系统，包括端部开设有吹气口203、尾部开设有进气口204的除渣器5，进气口204通过气体管道经气体调压装置与存储有无氧化保护气体的储气罐4相连接；储气罐4还通过气体管道与管外气体喷气口相连接；

所述的进给旋转系统，包括激光进给驱动装置10、除渣器进给驱动装置和设置在操作平台上的气动夹持旋转机构，激光进给驱动装置10驱动激光头3进入切割位置或退回原位，除渣器进给驱动装置驱动除渣器伸入气动夹持旋转机构所夹持的钛焊管内或退回原位；

所述的上下料系统，包括上料架机构11、稳定夹持机构7和下料架机构8。

进一步的，两套激光切割系统、氧化保护及除渣系统在上下料系统两端相对称设置，可同时对钛焊管两端同时切割。操作平台与上下料系统的操作高度相匹配，而两侧的操作平台之间的距离根据需要切割的钛焊管的长度进行调整。

所述的激光进给驱动装置10与支架相连接，激光进给驱动装置通过支架带动激光头3运动；激光冷却器1设在操作平台的外侧。

所述的除渣器进给驱动装置与支架相连接并位于激光头的下方，除渣器进给驱动装置驱动除渣器5伸出或返回；或者除渣器进给驱动装置单独设立在操作平台上，只需要所驱动的除渣器能够进出到钛焊管即可。

所述的管外气体喷气口还与除渣器进给驱动装置，除渣器进给驱动装置驱动管外气体喷气口对准气动夹持旋转机构所夹持的钛焊管的切割部位。

参见图2，下面给出一种具体的除渣器设置方式，所述的除渣器5设置在除渣器保护罩201内，除渣器进给驱动装置205的一端与除渣器保护罩201相连接，另一端与除渣器5相连接，除渣器5从除渣器保护罩201上开设的除渣器伸缩口202伸出或返回。

具体的，所述的除渣器5的端部顶头封闭，其开设的吹气口203为斜向开口，其开口倾向尾部。

进一步，所述的除渣器5的端部开设有多个吹气口，吹气口沿周向均匀分布。这样使得吹气口吹出的无氧化保护气体(比如氩气)既能够在钛焊管内侧形成氧化保护环境，又能将熔渣向外吹出钛焊管，而不朝着其他方向吹，保证了管内壁的光滑。

所述的激光进给驱动装置为由伺服电机驱动的旋转丝杠，除渣器进给驱动装置为气缸驱动装置。

所述的激光进给驱动装置10、除渣器进给驱动装置和气动夹持旋转机构7还分别与控制其动作的控制单元12相连接；所述的气体管道还设有与控制单元12相连接的电磁阀；控制单元12还与激光发生器2相连接。激光头、除渣器进给到切割位置或者退出，以及启动其工作均由控制单元12通过电信号操作来控制。

下面给出一种精密钛焊管激光切割方法，包括以下操作：

1)将待切割的钛焊管放置到操作平台上，并由气动夹持旋转机构夹持；

2)将位于钛焊管上方的激光头对准切割部位，将与无氧化保护气体连通的向外吹气的喷口伸入到待切割的钛焊管内，将与无氧化保护气体连通的气体喷气口对准钛焊管外的切割部位；

3)气动夹持旋转机构旋转所夹持的钛焊管，激光头开始对旋转的钛焊管进行非接触切割，同时向外吹气的喷口通过吹气口向切割部位内壁、气体喷气口向切割部位外壁喷出无氧化保护气体，在钛焊管切割位置内外均形成氧化保护环境；在切割时向外吹气的喷口的吹气口吹出的无氧化保护气体将切割生成的熔渣吹出到钛焊管外。

进一步的，基于上述装置的精密钛焊管激光切割方法，具体包括以下操作：

1)上料架机构将待切割的钛焊管输送到操作平台上，再将钛焊管进给到气动夹持旋转机构中并露出待切割的部位，并由稳定夹持机构夹持；

2)激光进给驱动装置驱动激光头进入切割位置，除渣器进给驱动装置驱动除渣器伸入钛焊管内并且其端部超过切割部位，管外气体喷气口对准钛焊管外的切割部位；

3)气动夹持旋转机构旋转所夹持的钛焊管，激光发生器启动，激光头发射激光对旋转的钛焊管进行非接触切割，同时除渣器、管外气体喷气口通入无氧化保护气体，将无氧化保护气体喷出，在钛焊管切割位置内外均形成氧化保护环境；在切割时除渣器的吹气口吹出的无氧化保护气体将切割生成的熔渣吹出到钛焊管外；

4)切割完成后，激光发生器关闭，无氧化保护气体管路关闭，激光进给驱动装置驱动激光头退回，除渣器进给驱动装置驱动除渣器退回；气动夹持旋转机构、稳定夹持机构松开对钛焊管的夹持，钛焊管被输送到下料架机构，由下料架机构将其输出。

所述的进入除渣器、管外气体喷气口内的无氧化保护气体的压力为0.4～0.6MPa；除渣器的端部超出切割部位的距离为15～30mm。

由于采用固定激光头进行非接触金属熔化切割，因此不会在切割管口产生任何压力变形，在进行激光切割时在切割管口内外施加无氧化保护气体杜绝了因激光切割高温导致的钛金属管内外表面氧化；除渣器伸入到钛焊管内部，向切割口吹出增压的氧化保护气体，将在切割位置高温产生的管口内缘熔屑以及切割飞溅产生的熔渣瞬间清除到钛焊管外部，在切割时可以明显见到吹出的火星而管内无切割熔渣残留；保证了管口内外无氧化，无熔渣毛刺的产生，符合ASTMB338和ASMEB338关于钛焊管的质量标准，达到钛焊管成品交付质量要求(参见图3所示的本发明与无屑切割所产生的切割面的对比图)。

本发明提供的精密钛焊管激光切割装置及方法，不仅适用于钛焊管切割而且也适用其他金属管的切割或焊接。

Claims (10)

1.一种精密钛焊管激光切割装置，其特征在于，包括操作平台、激光切割系统、氧化保护及除渣系统、进给旋转系统及上下料系统；

所述的激光切割系统，包括设立在支架上的激光发生器(2)，激光头(3)与激光发生器(2)相连接并伸出支架，激光发生器(2)还连接有激光冷却器(1)；

所述的氧化保护及除渣系统，包括端部开设有吹气口(203)、尾部开设有进气口(204)的除渣器(5)，进气口(204)通过气体管道经气体调压装置与存储有无氧化保护气体的储气罐(4)相连接；储气罐(4)还通过气体管道与管外气体喷气口相连接；

所述的进给旋转系统，包括激光进给驱动装置(10)、除渣器进给驱动装置和设置在操作平台上的气动夹持旋转机构，激光进给驱动装置(10)驱动激光头(3)进入切割位置或退回原位，除渣器进给驱动装置驱动除渣器伸入气动夹持旋转机构所夹持的钛焊管内或退回原位；

所述的上下料系统，包括上料架机构(11)、稳定夹持机构(7)和下料架机构(8)。

2.如权利要求1所述的精密钛焊管激光切割装置，其特征在于，所述的激光进给驱动装置(10)与支架相连接，激光进给驱动装置通过支架带动激光头(3)运动；激光冷却器(1)设在操作平台的外侧。

3.如权利要求1所述的精密钛焊管激光切割装置，其特征在于，所述的除渣器进给驱动装置与支架相连接并位于激光头的下方，除渣器进给驱动装置驱动除渣器(5)伸出或返回；

所述的管外气体喷气口还与除渣器进给驱动装置，除渣器进给驱动装置驱动管外气体喷气口对准气动夹持旋转机构所夹持的钛焊管的切割部位。

4.如权利要求1或2或3所述的精密钛焊管激光切割装置，其特征在于，所述的除渣器(5)设置在除渣器保护罩(201)内，除渣器进给驱动装置(205)的一端与除渣器保护罩(201)相连接，另一端与除渣器(5)相连接，除渣器(5)从除渣器保护罩(201)上开设的除渣器伸缩口(202)伸出或返回；

所述的激光进给驱动装置为由伺服电机驱动的旋转丝杠，除渣器进给驱动装置为气缸驱动装置。

5.如权利要求1所述的精密钛焊管激光切割装置，其特征在于，所述的除渣器(5)的端部顶头封闭，其开设的吹气口(203)为斜向开口，其开口倾向尾部。

6.如权利要求5所述的精密钛焊管激光切割装置，其特征在于，所述的除渣器(5)的端部开设有多个吹气口(203)，吹气口(203)沿周向均匀分布。

7.如权利要求1所述的精密钛焊管激光切割装置，其特征在于，所述的激光进给驱动装置(10)、除渣器进给驱动装置和气动夹持旋转机构(7)还分别与控制其动作的控制单元(12)相连接；所述的气体管道还设有与控制单元(12)相连接的电磁阀；控制单元(12)还与激光发生器(2)相连接。

8.如权利要求1所述的精密钛焊管激光切割装置，其特征在于，两套激光切割系统、氧化保护及除渣系统在上下料系统两端相对称设置，可同时对钛焊管两端同时切割。

9.一种精密钛焊管激光切割方法，其特征在于，包括以下操作：

1)将待切割的钛焊管放置到操作平台上，并由气动夹持旋转机构夹持；

2)将位于钛焊管上方的激光头对准切割部位，将与无氧化保护气体连通的向外吹气的喷口伸入到待切割的钛焊管内，将与无氧化保护气体连通的气体喷气口对准钛焊管外的切割部位；

3)气动夹持旋转机构旋转所夹持的钛焊管，激光头开始对旋转的钛焊管进行非接触切割，同时向外吹气的喷口通过吹气口向切割部位内壁、气体喷气口向切割部位外壁喷出无氧化保护气体，在钛焊管切割位置内外均形成氧化保护环境；在切割时向外吹气的喷口的吹气口吹出的无氧化保护气体将切割生成的熔渣吹出到钛焊管外。

10.如权利要求9所述的精密钛焊管激光切割方法，其特征在于，基于权利要求1所述的装置，具体包括以下操作：

1)上料架机构将待切割的钛焊管输送到操作平台上，再将钛焊管进给到气动夹持旋转机构中并露出待切割的部位，并由稳定夹持机构夹持；

2)激光进给驱动装置驱动激光头进入切割位置，除渣器进给驱动装置驱动除渣器伸入钛焊管内并且其端部超过切割部位，管外气体喷气口对准钛焊管外的切割部位；

3)气动夹持旋转机构旋转所夹持的钛焊管，激光发生器启动，激光头发射激光对旋转的钛焊管进行非接触切割，同时除渣器、管外气体喷气口通入无氧化保护气体，将无氧化保护气体喷出，在钛焊管切割位置内外均形成氧化保护环境；在切割时除渣器的吹气口吹出的无氧化保护气体将切割生成的熔渣吹出到钛焊管外；

其中，进入除渣器、管外气体喷气口内的无氧化保护气体的压力为0.4～0.6MPa；除渣器的端部超出切割部位的距离为15～30mm；

4)切割完成后，激光发生器关闭，无氧化保护气体管路关闭，激光进给驱动装置驱动激光头退回，除渣器进给驱动装置驱动除渣器退回；气动夹持旋转机构、稳定夹持机构松开对钛焊管的夹持，钛焊管被输送到下料架机构，由下料架机构将其输出。