Почему резка квадратных труб вызывает иные трудности по сравнению с резкой плоского листа

Большинство производителей, переходящих от резки плоского листа к обработке труб, недооценивают, насколько отличаются требования к программированию и настройке. Лазерный станок для резки труб способен обрабатывать круглые, квадратные и прямоугольные профили, однако квадратные и прямоугольные трубы создают специфический набор трудностей: переходы геометрии в углах, вариации плоскостности на плоских гранях и необходимость поддержания постоянного фокусного расстояния режущей головки при её перемещении по 90-градусному углу.

Физические процессы в области угла заслуживают внимательного изучения. При переходе лазерной головки от плоской поверхности к радиусу скругления угла глубина фокальной точки изменяется относительно поверхности материала. Большинство современных лазерных станков для резки труб автоматически компенсируют это изменение с помощью емкостного датчика высоты, однако задержка реакции при быстрой смене направления всё ещё может повлиять на качество реза, если скорость подачи не корректируется в точках приближения к углу.

Зажим, конфигурация подающего патрона и подготовка материала

Прежде чем будет выполнена первая резка, настройка системы обработки материала определяет большую часть последующих операций. Заготовки профильных труб часто поставляются с небольшим скручиванием вдоль длины, особенно при малой толщине стенки. Труба, поступающая в станок даже с углом скручивания в 2 градуса, будет отклоняться от оси при вращении патрона для выполнения профильной резки, что приведёт к угловым погрешностям в элементах, которые должны быть перпендикулярны оси трубы.

Проверка скручивания перед загрузкой и отклонение заготовок, превышающих допустимые отклонения, быстрее, чем попытка компенсировать дефект на этапе постобработки. Большинство поставщиков трубчатых лазеров указывают максимальное значение скручивания на метр для заготовок, с которыми станок может надёжно работать.

Давление зажима переднего и заднего патрона также имеет большее значение при обработке квадратных труб по сравнению с круглыми. Круглая труба сама центрируется при симметричном давлении зажима. Для квадратной трубы необходимо, чтобы рабочие поверхности кулачков патрона совпадали с плоскими гранями профиля. Несовмещённые кулачки вызывают микроповорот во время цикла подачи, что проявляется в виде позиционного сдвига последующих элементов.

Метод программирования пересекающихся резов и торцевых стыков

Квадратные трубы широко применяются в конструкционном производстве, а это означает, что значительная часть работ по резке связана с выполнением торцевых стыков, седловидных резов и вырезов на концах труб для обеспечения точной подгонки под сварку. Программирование таких резов на трубчатом лазере основывается на принципах, отличных от тех, что используются при раскрое листового материала.

Для программного обеспечения для резки требуются точные данные о поперечном сечении трубы, включая радиус закругления углов. У большинства квадратных труб холодного формования радиус закругления углов составляет примерно от 1,5 до 3 толщин стенки. Если программа рассматривает угол как идеальный прямой угол, то фактический разрез будет отклоняться от запрограммированной траектории на каждом переходе угла, а при сборке стыкового соединения под углом («miter joint») возникнет зазор, даже если размеры на чертеже выглядят корректно.

Выбор газа и настройка давления для труб различной толщины стенки

Выбор вспомогательного газа при лазерной резке труб влияет как на качество кромки реза, так и на поведение шлака на внутренней поверхности трубы. При резке труб из низкоуглеродистой стали с использованием кислорода скорость резки выше при меньшей мощности, однако на поверхности реза образуется оксидный слой. Резка азотом обеспечивает более чистую, неокисленную кромку, но требует более высоких значений давления и мощности.

Для квадратных труб с тонкими стенками (менее 3 мм) обычно наиболее чистый результат достигается при использовании азота под давлением 12–16 бар. Для труб с более толстыми стенками (свыше 6 мм) применение кислорода становится более целесообразным с точки зрения стоимости и производительности, особенно если качество кромки будет скрыто последующей обработкой сварного шва.

Проект изготовления на предприятии-поставщике конструкционных компонентов в Цзянсу столкнулся с повторяющейся проблемой шлакообразования при резке квадратной трубы из низкоуглеродистой стали с толщиной стенки 4 мм. Переход от кислорода при давлении 6 бар к азоту при давлении 14 бар полностью устранил внутреннее шлакообразование, хотя скорость резки снизилась примерно на 15 %. Такой компромисс был допустим, поскольку детали предназначались для видимого архитектурного применения, где следы зачистки не допускались.

Положение фокуса и плотность мощности при резке квадратной трубы с толстой стенкой

Для квадратной трубы с толщиной стенки свыше 5 мм положение фокуса относительно поверхности материала оказывает более выраженное влияние на качество кромки, чем при резке тонколистовых заготовок. Установка фокуса на верхней поверхности обеспечивает максимальную плотность мощности при входе луча, однако приводит к увеличению ширины реза на выходной грани. Установка фокуса в середине толщины стенки обеспечивает более равномерную геометрию ширины реза по всей толщине.

Большинство систем лазерной резки труб на волоконных лазерах позволяют регулировать смещение фокуса в наборе параметров ЧПУ. Проведение тестов на качество реза при смещениях фокуса 0, −1 мм и −2 мм для конкретного материала и заданной толщины занимает около 20 минут, но позволяет определить оптимальный набор параметров, который будет сохраняться при серийном производстве.

Обработка после резки и зачистка торцов

Торцы квадратных труб, полученные лазерной обработкой, как правило, чище, чем торцы, полученные механической резкой ножовкой, однако образование заусенцев во внутренних углах профиля — известная проблема, особенно в углах, где направление лазерного луча меняется. Добраться до заусенцев во внутренних углах квадратной трубы стандартными инструментами для зачистки затруднительно.

Инструмент для зачистки торцов, специально разработанный для квадратных и прямоугольных профилей, решает эту задачу эффективнее, чем комплекты для зачистки круглых профилей. Для высокопроизводительного производства доступны встроенные устройства для зачистки торцов от нескольких поставщиков оснастки, совместимые с автоматизированными системами загрузки пучков труб в лазерные станки.

Лазерные труборезные станки RAYMAX оснащены системами зажима и определения высоты, позволяющими обрабатывать весь диапазон квадратных и прямоугольных профилей; эти системы обеспечивают точность реза при переходах между различными геометрическими формами, что делает обработку квадратных труб более сложной по сравнению с резкой плоского листового материала.