文/大族激光智能裝備集團
當前，萬瓦風潮市場熱度持續(xù)高漲，并快速席卷整個激光行業(yè)。高功率、高效率、高質(zhì)量的萬瓦超高功率激光切割技術為大勢所趨，市場所向。大族激光智能裝備集團（以下簡稱“大族激光”）作為激光智能裝備及自動化普及應用的行業(yè)先鋒，致力于讓激光走進生活，改變世界，智創(chuàng)工業(yè)互聯(lián)。2024 年6 月19日，大族激光首臺150kW超高功率、超大幅面激光切割機交付，如圖1 所示，正式開啟全球超高功率激光切割工業(yè)應用全新時代。
擁有萬瓦，領跑未來
一般而言，中厚板是指厚度為10 ～25mm 的鋼板，厚板是指厚度為25 ～60mm 的鋼板，特厚板是指厚度超過60mm 的鋼板。金屬中厚板具有較高的綜合機械性能，廣泛應用于建筑、橋梁、船舶、工程機械、核電、鐵路等行業(yè)領域。近年來我國船舶制造、工程機械、鋼結(jié)構(gòu)、風力發(fā)電機組等行業(yè)持續(xù)火熱，需求強勁，厚板市場呈現(xiàn)出穩(wěn)步增長的趨勢。然而，厚板加工難題一直制約著制造業(yè)的發(fā)展，如碳鋼厚板穿孔問題、切割面質(zhì)量問題、加工穩(wěn)定性問題及批量加工效率問題等，而傳統(tǒng)的加工方法很難滿足當前高端制造、綠色制造、智能制造的需求。
2009 年，大族激光推出的第一臺光纖激光切割機，具有切割速度快、切割精度高、熱影響小等特點，適合用于切割薄板。等離子與火焰切割在切割厚度上存在一定優(yōu)勢，但同時也存在加工效率低、精度差、材料浪費嚴重等問題。在工業(yè)技術與激光核心器件國產(chǎn)化的不斷發(fā)展下，光纖激光切割機功率越來越高，切割速度越來越快，切割厚度也不斷實現(xiàn)突破。
而隨著大族激光30kW、40kW、50kW、60kW，甚至80kW 超高功率激光切割機的陸續(xù)推出，如圖2 所示，對中厚板的加工優(yōu)勢表現(xiàn)得越來越突出，已可以部分替代或完全替代等離子和火焰切割。首先在切割質(zhì)量上，大族激光超高功率激光切割機的精度可以達到0.5mm 以內(nèi)，錐度實現(xiàn)1°以下，斷面垂直割縫精度達到0.3 ～1.0mm，而等離子切割設備的切割精度一般為1 ～2mm，錐度為1.5°，割縫精度為3 ～5mm，質(zhì)量難以達到要求，往往需要進行二次加工。超高功率激光切割對比等離子切割，切割精度高，切割熱影響區(qū)小，板材變形小，錐度小，切割面可以直接用于焊接，不需要打磨，省去二次加工成本，大幅提升了產(chǎn)品品質(zhì)。
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在切割中厚板的效率上，超高功率激光切割機對等離子和火焰切割形成了“降維打擊”。以切割25mm 碳鋼為例，等離子切割速度大致為2.1m/min，而大族激光60kW 超高功率激光切割機Mix-M 的切割速度為7.5m/min，80kW 超高功率激光切割機Mix-M 的切割速度更是達到了9.5m/min。再以切割40mm 高強鋼為例，等離子切割速度一般在0.7 ～1.0m/min，大族激光80kW 超高功率激光切割機Mix-M 的切割速度可達4.0 ～4.5m/min，效率提升了數(shù)倍之多。另外，在切割厚度上，大族激光60kW、80kW 超高功率激光切割機已經(jīng)實現(xiàn)了對厚度100mm 以下不銹鋼板的批量、穩(wěn)定切割。
隨著萬瓦激光切割機的普及，同時在高效、環(huán)保的迫切需求下，萬瓦激光切割機逐漸替代等離子和火焰切割，成為中厚板切割的“中流砥柱”，同時也成為了船舶制造、重工、鋼構(gòu)、軌道交通等眾多行業(yè)提質(zhì)增效、轉(zhuǎn)型升級的“最強輔助”。
150kW 超高功率激光切割機釋放高能生產(chǎn)力
60kW、80kW 超高功率激光切割機的相繼應用，為大族激光實現(xiàn)更高功率應用打下了堅實基礎，為此，150kW 超高功率激光切割機應運而生。2024 年6 月19 日，大族激光首臺150kW 超高功率、超大幅面激光切割機交付東進自動化設備有限公司，為其大幅面厚板切割帶來空前的效率提升及全新的加工體驗。
更高的激光切割功率對切割機的機械性能要求更高，大族激光立足高功率激光切割技術，對超高功率核心器件與機械結(jié)構(gòu)的匹配性和適應性進行持續(xù)研究，最終實現(xiàn)了LFA-150kW 超高功率加工切割機穩(wěn)定、高效的生產(chǎn)加工。
首先，LFA-150kW 超高功率激光切割機床身采用高剛性大截面尺寸結(jié)構(gòu)，選用優(yōu)質(zhì)鋼材成形。鋼板經(jīng)折彎后鑲嵌焊接，通過有限元分析優(yōu)化后，分別在內(nèi)部的橫向和縱向鑲嵌焊接筋板，退火后粗加工，經(jīng)振動時效后再精加工，最后精密對接而成，精度非常高。
其次，LFA-150kW 超高功率激光切割機的橫梁采用了高強度擠壓鋁梁，經(jīng)有限元分析優(yōu)化，內(nèi)腔設計有效分散了內(nèi)外部應力，更輕，動態(tài)性能更好；橫梁與左右托板連接采用自適應伸縮結(jié)構(gòu)，保證超高功率、大幅面激光切割機在不同環(huán)境中長期切割的穩(wěn)定性。
再次，LFA-150kW 超高功率激光切割機切割平臺采用標準化、模塊化組裝，工作臺與機床床身采用完全分離的設計，既能規(guī)避超高功率激光切割產(chǎn)生的熱影響，又能有效地避免重板上下料時產(chǎn)生的沖擊和振動。另外，在Z 軸齒輪齒條、橫梁導軌、抽風除塵結(jié)構(gòu)等多處細節(jié)也做了特殊處理，滿足了超高功率、大幅面激光切割更加苛刻的加工要求。
除此之外，LFA-150kW 超高功率激光切割機采用的是大族激光自主研發(fā)的HAN′S 數(shù)控系統(tǒng)，系統(tǒng)插補周期不大于0.5ms，具有完整的萬瓦級切割專家工藝數(shù)據(jù)庫，擁有零秒穿孔、厚板穩(wěn)定切割、低氣壓切割、潔凈切割等多種獨特工藝技術；在切割過程中，可在人性化的專家?guī)靺?shù)界面實時修改切割工藝參數(shù)，實時顯示切割速度、功率、氣壓、焦點、噴嘴高度等切割工藝參數(shù)。
結(jié)束語
150kW 超高功率激光切割機“軟硬兼施”，不僅解決了激光切割碳鋼、不銹鋼板材厚度受限問題，而且將特厚不銹鋼空氣切割、特厚碳鋼氧氣負焦切割厚度提升至400mm以上，如圖3 所示，也解決了特厚板的批量穩(wěn)定切割問題。與60kW 高功率激光切割機相比，其切割50 ～100mm碳鋼、不銹鋼的速度提升了3 ～5 倍，在批量生產(chǎn)的加工效率方面更有優(yōu)勢。150kW 超高功率激光切割機具備切割效率高、切割質(zhì)量好、材料利用率高、運轉(zhuǎn)成本低、安全環(huán)保等諸多優(yōu)勢，進一步實現(xiàn)了對等離子切割、火焰切割、高壓水切割等傳統(tǒng)高污染、高能耗切割工藝的全面替代，必將成為船舶、鋼構(gòu)、工程機械、能源電力、軌道交通等制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的關鍵手段及最可靠助力。
