一種精密鈦焊管雷射切割裝置及方法
2023-08-01 04:28:21
一種精密鈦焊管雷射切割裝置及方法
【專利摘要】本發明公開了一種精密鈦焊管雷射切割裝置及方法，包括操作平臺、雷射切割系統、氧化保護及除渣系統、進給旋轉系統及上下料系統。通過雷射的非接觸切割，並採用氧化保護氣體對雷射切割時的管口進行氧化保護和除渣，有效解決了鈦焊管切割管口變形的問題、且管口切割光滑無毛刺、無氧化和切割熔渣殘留。加工切割效率較無屑旋轉和圓盤鋸類切割提高兩倍以上，保證了實際產品交付質量，徹底消除了對管口變形等質量問題的缺陷。而且整套設備造價只有雷射頭旋轉切割設備造價的四分之一左右，有助於實際推廣應用。
【專利說明】一種精密鈦焊管雷射切割裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於鈦焊管切割【技術領域】，涉及一種精密鈦焊管雷射切割裝置及方法。
【背景技術】
[0002]鈦焊管的軋制過程主要分為成型、定徑、牽引校直、切割等幾個部分，其中成型部分成型為一條較長的封閉的圓形鈦管，其後要經過切割將其切成用戶指定長度的鈦管。
[0003]當前，鈦焊管行業在進行鈦焊管定尺切割時一種方式是採用無削旋轉切割或圓盤鋸切割。該類切割方式因刀片下壓接觸鈦焊管進行切割，均不可避免的存在管口加工毛刺大和管口縮口、橢圓變形大的問題。而為減小加工毛刺形成量和管口變形，就必須減小加工進給量，使加工刀具緩慢進給，導致加工效率低下且仍無法避免加工毛刺形成和管口縮口、橢圓變形問題的產生，從而對產品交付產生影響。
[0004]另外，還採用一種雷射頭旋轉切割設備進行切割，雖然切割管口沒有變形，但由於雷射切割鈦焊管過程中是採用融化鈦金屬的切斷方式，因此高溫導致在切斷管口產生氧化和鈦金屬熔屑以及在管口內部粘接許多細小的熔渣，不能有效地解決管內氧化和切割熔渣殘留問題。而且現有的雷射切割設備價格較高，還存在難於推廣普及應用的問題。
[0005]然而，鈦焊管的交付一般要求管口不能變形，包括縮口、橢圓等變形；還要求管口切割面光滑，管內不能有氧化和熔渣、鈦屑存在。因此，當前的兩種鈦焊管切割設備和切割方式均存在一定的問題和缺陷。
【發明內容】
[0006]本發明解決的問題在於提供一種精密鈦焊管雷射切割裝置及方法，通過氧化保護氣體對雷射切割時的管口進行氧化保護和除渣，有效解決了鈦焊管切割管口變形的問題、且管口切割光滑無毛刺、無氧化、無切割熔渣殘留。
[0007]本發明是通過以下技術方案來實現:
[0008]一種精密鈦焊管雷射切割裝置，包括操作平臺、雷射切割系統、氧化保護及除渣系統、進給旋轉系統及上下料系統；
[0009]所述的雷射切割系統，包括設立在支架上的雷射發生器，雷射頭與雷射發生器相連接並伸出支架，雷射發生器還連接有雷射冷卻器；
[0010]所述的氧化保護及除渣系統，包括端部開設有吹氣口、尾部開設有進氣口的除渣器，進氣口通過氣體管道經氣體調壓裝置與存儲有無氧化保護氣體的儲氣罐相連接；儲氣罐還通過氣體管道與管外氣體噴氣口相連接；
[0011]所述的進給旋轉系統，包括雷射進給驅動裝置、除渣器進給驅動裝置和設置在操作平臺上的氣動夾持旋轉機構，雷射進給驅動裝置驅動雷射頭進入切割位置或退回原位，除渣器進給驅動裝置驅動除渣器伸入氣動夾持旋轉機構所夾持的鈦焊管內或退回原位；
[0012]所述的上下料系統，包括上料架機構、穩定夾持機構和下料架機構。
[0013]所述的雷射進給驅動裝置與支架相連接，雷射進給驅動裝置通過支架帶動雷射頭運動；雷射冷卻器設在操作平臺的外側。
[0014]所述的除渣器進給驅動裝置與支架相連接並位於雷射頭的下方，除渣器進給驅動裝置驅動除渣器伸出或返回；
[0015]所述的管外氣體噴氣口還與除渣器進給驅動裝置，除渣器進給驅動裝置驅動管外氣體噴氣口對準氣動夾持旋轉機構所夾持的鈦焊管的切割部位。
[0016]所述的雷射進給驅動裝置為由伺服電機驅動的旋轉絲槓，除渣器進給驅動裝置為氣缸驅動裝置。
[0017]所述的除渣器的端部頂頭封閉，其開設的吹氣口為斜向開口，其開口傾向尾部。
[0018]所述的除渣器的端部開設有多個吹氣口，吹氣口沿周向均勻分布。
[0019]所述的雷射進給驅動裝置、除渣器進給驅動裝置和氣動夾持旋轉機構還分別與控制其動作的控制單元相連接；所述的氣體管道還設有與控制單元相連接的電磁閥；控制單元還與雷射發生器相連接。
[0020]所述兩套雷射切割系統、氧化保護及除渣系統在上下料系統兩端相對稱設置，可同時對鈦焊管兩端同時切割。
[0021]一種精密鈦焊管雷射切割方法，包括以下操作:
[0022]I)上料架機構將待切割的鈦焊管輸送到操作平臺上，再將鈦焊管進給到氣動夾持旋轉機構中並露出待切割的部位，並由穩定夾持機構夾持；
[0023]2)雷射進給驅動裝置驅動雷射頭進入切割位置，除渣器進給驅動裝置驅動除渣器伸入鈦焊管內並且其端部超過切割部位,管外氣體噴氣口對準鈦焊管外的切割部位；
[0024]3)氣動夾持旋轉機構旋轉所夾持的鈦焊管，雷射發生器啟動，雷射頭髮射雷射對旋轉的鈦焊管進行非接觸切割，同時除渣器、管外氣體噴氣口通入無氧化保護氣體，將無氧化保護氣體噴出，在鈦焊管切割位置內外均形成氧化保護環境；在切割時除渣器的吹氣口吹出的無氧化保護氣體將切割生成的熔渣吹出到鈦焊管外；
[0025]4)切割完成後，雷射發生器關閉，無氧化保護氣體管路關閉，雷射進給驅動裝置驅動雷射頭退回，除渣器進給驅動裝置驅動除渣器退回；氣動夾持旋轉機構、穩定夾持機構鬆開對鈦焊管的夾持，鈦焊管被輸送到下料架機構，由下料架機構將其輸出。
[0026]所述的進入除渣器、管外氣體噴氣口內的無氧化保護氣體的壓力為0.4-0.6MPa ；除渣器的端部超出切割部位的距離為15-30mm。
[0027]與現有技術相比，本發明具有以下有益的技術效果:
[0028]本發明提供的精密鈦焊管雷射切割裝置及方法，通過雷射的非接觸切割，並採用無氧化保護氣體(比如惰性氣體)對雷射切割時的管口內外進行氧化保護和管內除渣，有效解決了鈦焊管切割管口變形的問題、且管口切割光滑無毛刺、無氧化、無切割熔渣殘留。加工切割效率較無屑旋轉和圓盤鋸類切割提高兩倍以上，保證了實際產品交付質量，徹底消除了對管口變形等質量問題的缺陷。而且整套設備造價只有雷射頭旋轉切割設備造價的四分之一左右，有助於實際推廣應用。
[0029]本發明提供的精密鈦焊管雷射切割裝置及方法，由於採用固定雷射頭進行非接觸金屬熔化切割，因此不會在切割管口產生任何壓力變形，杜絕了切割管口產生縮口、橢圓變形的問題；並採用精密夾持和穩定的氣動旋轉卡盤實現了鈦焊管的旋轉切割，保證了精密鈦焊管精確圓滑的管口切割質量。
[0030]本發明提供的精密鈦焊管雷射切割裝置及方法，在進行雷射切割時在切割管口內外施加無氧化保護氣體杜絕了因雷射切割高溫導致的鈦金屬管內外表面氧化；將無氧化保護氣體增壓直接施加在切割位置消除了管口外緣產生的切割熔屑；同時採用除渣器伸入到鈦焊管內部，向切割口吹出增壓的氧化保護氣體，將在切割位置高溫產生的管口內緣熔屑以及切割飛濺產生的熔渣瞬間清除到鈦焊管外部，在切割時可以明顯見到吹出的火星而管內無切割熔渣殘留；保證了管口內外無氧化，無熔渣毛刺的產生，符合ASTMB338和ASMEB338關於鈦焊管的質量標準，達到鈦焊管成品交付質量要求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031]圖1為本發明的結構示意圖；
[0032]圖2為除渣器的結構示意圖；
[0033]圖3為本發明與無屑切割所產生的切割面的對比圖。
[0034]其中，I為雷射冷卻器，2為雷射發生器，3為雷射頭，4為儲氣罐，5為除渣器，6為左側氣動夾持旋轉機構，7為穩定夾持機構，8為下料架，9為右側氣動夾持旋轉機構為，10為雷射進給驅動裝置，11為上料架，12為控制單元；
[0035]201為除渣器保護罩，202為除渣器伸縮口，203為吹氣口，204為進氣口，205為除渣器進給驅動裝置。
【具體實施方式】
[0036]下面結合具體的實施例對本發明做進一步的詳細說明，所述是對本發明的解釋而不是限定。
[0037]參見圖1、圖2，一種精密鈦焊管雷射切割裝置，包括操作平臺、雷射切割系統、氧化保護及除渣系統、進給旋轉系統及上下料系統；
[0038]所述的雷射切割系統，包括設立在支架上的雷射發生器2，雷射頭3與雷射發生器2相連接並伸出支架，雷射發生器2還連接有雷射冷卻器I ;
[0039]所述的氧化保護及除渣系統，包括端部開設有吹氣口 203、尾部開設有進氣口 204的除渣器5，進氣口 204通過氣體管道經氣體調壓裝置與存儲有無氧化保護氣體的儲氣罐4相連接；儲氣罐4還通過氣體管道與管外氣體噴氣口相連接；
[0040]所述的進給旋轉系統，包括雷射進給驅動裝置10、除渣器進給驅動裝置和設置在操作平臺上的氣動夾持旋轉機構，雷射進給驅動裝置10驅動雷射頭3進入切割位置或退回原位，除渣器進給驅動裝置驅動除渣器伸入氣動夾持旋轉機構所夾持的鈦焊管內或退回原位；
[0041]所述的上下料系統，包括上料架機構11、穩定夾持機構7和下料架機構8。
[0042]進一步的，兩套雷射切割系統、氧化保護及除渣系統在上下料系統兩端相對稱設置，可同時對鈦焊管兩端同時切割。操作平臺與上下料系統的操作高度相匹配，而兩側的操作平臺之間的距離根據需要切割的鈦焊管的長度進行調整。
[0043]所述的雷射進給驅動裝置10與支架相連接，雷射進給驅動裝置通過支架帶動雷射頭3運動；雷射冷卻器I設在操作平臺的外側。
[0044]所述的除渣器進給驅動裝置與支架相連接並位於雷射頭的下方，除渣器進給驅動裝置驅動除渣器5伸出或返回；或者除渣器進給驅動裝置單獨設立在操作平臺上，只需要所驅動的除渣器能夠進出到鈦焊管即可。
[0045]所述的管外氣體噴氣口還與除渣器進給驅動裝置，除渣器進給驅動裝置驅動管外氣體噴氣口對準氣動夾持旋轉機構所夾持的鈦焊管的切割部位。
[0046]參見圖2，下面給出一種具體的除渣器設置方式，所述的除渣器5設置在除渣器保護罩201內，除渣器進給驅動裝置205的一端與除渣器保護罩201相連接，另一端與除渣器5相連接，除渣器5從除渣器保護罩201上開設的除渣器伸縮口 202伸出或返回。
[0047]具體的，所述的除渣器5的端部頂頭封閉，其開設的吹氣口 203為斜向開口，其開口傾向尾部。
[0048]進一步，所述的除渣器5的端部開設有多個吹氣口，吹氣口沿周向均勻分布。這樣使得吹氣口吹出的無氧化保護氣體(比如氬氣)既能夠在鈦焊管內側形成氧化保護環境，又能將熔渣向外吹出鈦焊管，而不朝著其他方向吹，保證了管內壁的光滑。
[0049]所述的雷射進給驅動裝置為由伺服電機驅動的旋轉絲槓，除渣器進給驅動裝置為氣缸驅動裝置。
[0050]所述的雷射進給驅動裝置10、除渣器進給驅動裝置和氣動夾持旋轉機構7還分別與控制其動作的控制單元12相連接；所述的氣體管道還設有與控制單元12相連接的電磁閥；控制單元12還與雷射發生器2相連接。雷射頭、除渣器進給到切割位置或者退出，以及啟動其工作均由控制單元12通過電信號操作來控制。
[0051]下面給出一種精密鈦焊管雷射切割方法，包括以下操作:
[0052]I)將待切割的鈦焊管放置到操作平臺上，並由氣動夾持旋轉機構夾持；
[0053]2)將位於鈦焊管上方的雷射頭對準切割部位，將與無氧化保護氣體連通的向外吹氣的噴口伸入到待切割的鈦焊管內，將與無氧化保護氣體連通的氣體噴氣口對準鈦焊管外的切割部位；
[0054]3)氣動夾持旋轉機構旋轉所夾持的鈦焊管，雷射頭開始對旋轉的鈦焊管進行非接觸切割，同時向外吹氣的噴口通過吹氣口向切割部位內壁、氣體噴氣口向切割部位外壁噴出無氧化保護氣體，在鈦焊管切割位置內外均形成氧化保護環境；在切割時向外吹氣的噴口的吹氣口吹出的無氧化保護氣體將切割生成的熔渣吹出到鈦焊管外。
[0055]進一步的，基於上述裝置的精密鈦焊管雷射切割方法，具體包括以下操作:
[0056]I)上料架機構將待切割的鈦焊管輸送到操作平臺上，再將鈦焊管進給到氣動夾持旋轉機構中並露出待切割的部位，並由穩定夾持機構夾持；
[0057]2)雷射進給驅動裝置驅動雷射頭進入切割位置，除渣器進給驅動裝置驅動除渣器伸入鈦焊管內並且其端部超過切割部位,管外氣體噴氣口對準鈦焊管外的切割部位；
[0058]3)氣動夾持旋轉機構旋轉所夾持的鈦焊管，雷射發生器啟動，雷射頭髮射雷射對旋轉的鈦焊管進行非接觸切割，同時除渣器、管外氣體噴氣口通入無氧化保護氣體，將無氧化保護氣體噴出，在鈦焊管切割位置內外均形成氧化保護環境；在切割時除渣器的吹氣口吹出的無氧化保護氣體將切割生成的熔渣吹出到鈦焊管外；
[0059]4)切割完成後，雷射發生器關閉，無氧化保護氣體管路關閉，雷射進給驅動裝置驅動雷射頭退回，除渣器進給驅動裝置驅動除渣器退回；氣動夾持旋轉機構、穩定夾持機構鬆開對鈦焊管的夾持，鈦焊管被輸送到下料架機構，由下料架機構將其輸出。
[0060]所述的進入除渣器、管外氣體噴氣口內的無氧化保護氣體的壓力為0.4?
0.6MPa ;除渣器的端部超出切割部位的距離為15?30mm。
[0061]由於採用固定雷射頭進行非接觸金屬熔化切割，因此不會在切割管口產生任何壓力變形，在進行雷射切割時在切割管口內外施加無氧化保護氣體杜絕了因雷射切割高溫導致的鈦金屬管內外表面氧化；除渣器伸入到鈦焊管內部，向切割口吹出增壓的氧化保護氣體，將在切割位置高溫產生的管口內緣熔屑以及切割飛濺產生的熔渣瞬間清除到鈦焊管外部，在切割時可以明顯見到吹出的火星而管內無切割熔渣殘留；保證了管口內外無氧化，無熔渣毛刺的產生，符合ASTMB338和ASMEB338關於鈦焊管的質量標準，達到鈦焊管成品交付質量要求(參見圖3所示的本發明與無屑切割所產生的切割面的對比圖)。
[0062]本發明提供的精密鈦焊管雷射切割裝置及方法，不僅適用於鈦焊管切割而且也適用其他金屬管的切割或焊接。
【權利要求】
1.一種精密鈦焊管雷射切割裝置，其特徵在於，包括操作平臺、雷射切割系統、氧化保護及除渣系統、進給旋轉系統及上下料系統； 所述的雷射切割系統，包括設立在支架上的雷射發生器(2)，雷射頭(3)與雷射發生器(2)相連接並伸出支架，雷射發生器(2)還連接有雷射冷卻器(I)； 所述的氧化保護及除渣系統，包括端部開設有吹氣口(203)、尾部開設有進氣口(204)的除渣器(5)，進氣口(204)通過氣體管道經氣體調壓裝置與存儲有無氧化保護氣體的儲氣罐(4)相連接；儲氣罐(4)還通過氣體管道與管外氣體噴氣口相連接； 所述的進給旋轉系統，包括雷射進給驅動裝置(10)、除渣器進給驅動裝置和設置在操作平臺上的氣動夾持旋轉機構，雷射進給驅動裝置(10)驅動雷射頭(3)進入切割位置或退回原位，除渣器進給驅動裝置驅動除渣器伸入氣動夾持旋轉機構所夾持的鈦焊管內或退回原位； 所述的上下料系統，包括上料架機構(11)、穩定夾持機構(7)和下料架機構(8)。
2.如權利要求1所述的精密鈦焊管雷射切割裝置，其特徵在於，所述的雷射進給驅動裝置(10)與支架相連接，雷射進給驅動裝置通過支架帶動雷射頭(3)運動；雷射冷卻器(I)設在操作平臺的外側。
3.如權利要求1所述的精密鈦焊管雷射切割裝置，其特徵在於，所述的除渣器進給驅動裝置與支架相連接並位於雷射頭的下方，除渣器進給驅動裝置驅動除渣器(5)伸出或返回； 所述的管外氣體噴氣口還與除渣器進給驅動裝置，除渣器進給驅動裝置驅動管外氣體噴氣口對準氣動夾持旋轉機構所夾持的鈦焊管的切割部位。
4.如權利要求1或2或3所述的精密鈦焊管雷射切割裝置，其特徵在於，所述的除渣器(5)設置在除渣器保護罩(201)內，除渣器進給驅動裝置(205)的一端與除渣器保護罩(201)相連接，另一端與除渣器(5)相連接，除渣器(5)從除渣器保護罩(201)上開設的除渣器伸縮口 (202)伸出或返回； 所述的雷射進給驅動裝置為由伺服電機驅動的旋轉絲槓，除渣器進給驅動裝置為氣缸驅動裝置。
5.如權利要求1所述的精密鈦焊管雷射切割裝置，其特徵在於，所述的除渣器(5)的端部頂頭封閉，其開設的吹氣口(203)為斜向開口，其開口傾向尾部。
6.如權利要求5所述的精密鈦焊管雷射切割裝置，其特徵在於，所述的除渣器(5)的端部開設有多個吹氣口(203)，吹氣口(203)沿周向均勻分布。
7.如權利要求1所述的精密鈦焊管雷射切割裝置，其特徵在於，所述的雷射進給驅動裝置(10)、除渣器進給驅動裝置和氣動夾持旋轉機構(7)還分別與控制其動作的控制單元(12)相連接；所述的氣體管道還設有與控制單元(12)相連接的電磁閥；控制單元(12)還與雷射發生器(2)相連接。
8.如權利要求1所述的精密鈦焊管雷射切割裝置，其特徵在於，兩套雷射切割系統、氧化保護及除渣系統在上下料系統兩端相對稱設置，可同時對鈦焊管兩端同時切割。
9.一種精密鈦焊管雷射切割方法，其特徵在於，包括以下操作: 1)將待切割的鈦焊管放置到操作平臺上，並由氣動夾持旋轉機構夾持； 2)將位於鈦焊管上方的雷射頭對準切割部位，將與無氧化保護氣體連通的向外吹氣的噴口伸入到待切割的鈦焊管內，將與無氧化保護氣體連通的氣體噴氣口對準鈦焊管外的切表I]部位； 3)氣動夾持旋轉機構旋轉所夾持的鈦焊管，雷射頭開始對旋轉的鈦焊管進行非接觸切害I]，同時向外吹氣的噴口通過吹氣口向切割部位內壁、氣體噴氣口向切割部位外壁噴出無氧化保護氣體，在鈦焊管切割位置內外均形成氧化保護環境；在切割時向外吹氣的噴口的吹氣口吹出的無氧化保護氣體將切割生成的熔渣吹出到鈦焊管外。
10.如權利要求9所述的精密鈦焊管雷射切割方法，其特徵在於，基於權利要求1所述的裝置，具體包括以下操作: 1)上料架機構將待切割的鈦焊管輸送到操作平臺上，再將鈦焊管進給到氣動夾持旋轉機構中並露出待切割的部位，並由穩定夾持機構夾持； 2)雷射進給驅動裝置驅動雷射頭進入切割位置，除渣器進給驅動裝置驅動除渣器伸入鈦焊管內並且其端部超過切割部位，管外氣體噴氣口對準鈦焊管外的切割部位； 3)氣動夾持旋轉機構旋轉所夾持的鈦焊管，雷射發生器啟動，雷射頭髮射雷射對旋轉的鈦焊管進行非接觸切割，同時除渣器、管外氣體噴氣口通入無氧化保護氣體，將無氧化保護氣體噴出，在鈦焊管切割位置內外均形成氧化保護環境；在切割時除渣器的吹氣口吹出的無氧化保護氣體將切割生成的熔渣吹出到鈦焊管外； 其中，進入除渣器、管外氣體噴氣口內的無氧化保護氣體的壓力為0.4?0.6MPa ;除渣器的端部超出切割部位的距離為15?30mm ； 4)切割完成後，雷射發生器關閉，無氧化保護氣體管路關閉，雷射進給驅動裝置驅動雷射頭退回，除渣器進給驅動裝置驅動除渣器退回；氣動夾持旋轉機構、穩定夾持機構鬆開對鈦焊管的夾持，鈦焊管被輸送到下料架機構，由下料架機構將其輸出。
【文檔編號】B23K26/14GK104325218SQ201410577420
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月24日 優先權日:2014年10月24日
【發明者】李長江, 侯裕隆 申請人:寶鈦集團有限公司, 西安寶鈦美特法力諾焊管有限公司, 寶雞鈦業股份有限公司