管材激光切割：完整指南

1.0什么是管材激光切割？

管材激光切割是一种利用激光技术将管材切割成指定长度或蚀刻精细图案的制造工艺。与锯切或手动钻孔等传统方法相比，这种自动化工艺速度更快、精度更高。

激光切割已成为全球制造业广泛采用的技术。它可以高质量、高精度地切割圆形、方形、矩形和定制形状的管材，并具有以下几个关键优势：

• 操作快速准确： 可高效加工大尺寸管材
• 高精度： 轻松处理复杂几何形状
• 最少的预处理或后处理： 无需焊接、研磨或抛光

虽然管材激光切割的普及晚于平板激光切割，但近年来其应用日益广泛。在切割过程中，高功率激光束照射到管材表面，熔化或汽化材料，从而形成干净的切口。激光束和管材的运动均由计算机控制，确保精确成形。该系统通常包括激光发生器、谐振器和集成运动控制切割头。

兼容管类型：

该工艺支持多种材料和形状，包括圆形、方形和矩形管材，以及角钢、槽钢和定制挤压型材。管材通常长度为 20 至 24 英尺，直径为 1 至 8 英寸。一些先进的系统可以处理直径高达 14 英寸的管材。大多数机器配备自动或半自动装载机，以实现高效的物料处理。

切割过程中，管材被夹紧、旋转并横向移动。可以进行多角度切割，以实现精确的几何形状。合理的编程对于确保整个操作的质量和效率至关重要。

管材激光切割机类型：

• 2轴激光切割系统： 提供二维切割，非常适合长度切割和基本连接。
• 3轴激光切割系统： 提供三维功能，可实现斜面和角度切割，适用于更复杂的应用。

2.0激光管切割如何工作

激光管切割采用精密数控设备进行。该工艺将高功率激光束照射到管材表面。光束精准聚焦于材料，从而实现精准切割。切割过程中，强大的激光能量使接触点处的金属蒸发，辅助气体将蒸发的材料从切割边缘吹走。最终实现干净、精准的切割，并最大限度地减少二次加工的需求。

激光管切割工艺：

1. 材料装载： 管材（圆形、方形、椭圆形等）可手动或通过自动送料器装入机器。然后，卡盘夹紧并对准材料。
2. 定位和定心： 视觉系统或传感器定位管子的位置。旋转卡盘调整角度，精确对准起点。
3. 程序输入和路径生成：通过导入 CAD/CAM 文件或通过套料软件生成切割路径。系统自动计算交叉点、斜角和复杂轮廓。
4. 激光发射和聚焦： 激光源（通常是光纤激光器）发射高能光束。聚焦透镜将光束集中到一个小点，从而精确地将热量传递到切割点。
5. 材料熔化和汽化： 激光迅速将局部温度升高到数千摄氏度，熔化或蒸发材料以形成切口。
6. 辅助气体喷射： 高压气体（例如氮气、氧气或空气）排出熔融材料并帮助冷却切割区，从而产生光滑的边缘。
7. 激光切割执行： 激光头沿X/Y/Z轴移动，卡盘旋转管材。多轴控制可实现各种角度的3D切割，包括交叉和斜角。
8. 自动分离和分析： 该系统可执行孔切割、斜切、插座成型、燕尾槽等任务。飞切和共线切割等高级功能可优化流程。
9. 自动卸载和分类： 成品零件通过传送带自动卸载。部分系统还支持按长度或形状分类。
10. 后处理（可选）： 如果需要，可以进行去毛刺、清洁或焊接准备等二次操作。

3.0激光管切割机的类型

3.1按激光源类型：

• 光纤激光切割机： 能源效率高、维护成本低；非常适合切割不锈钢、碳钢和多种其他金属。
• CO₂ 激光切割机： 适合切割较厚的材料。波长较长，对非金属材料效果更佳，但维护也更复杂。
• 圆盘激光切割机： 提供出色的光束质量，非常适合高精度加工；通常成本较高。

3.2按控制轴数：

• 三轴激光切割机： 专为 2D 平面切割和基本轮廓而设计。
• 5轴激光切割机： 激光头可以倾斜和旋转，从而实现复杂的 3D 交叉切割，例如异形管道所需的切割。
• 多轴激光切割机： 结合额外的自由度来处理更复杂和精确的切割操作。

3.3按切割配置：

• 固定管旋转激光机： 管子保持静止，而激光头则围绕它旋转进行切割。
• 固定激光旋转管机器： 激光头保持固定；管子通过卡盘旋转以进行切割操作。
• 混合切割机： 结合旋转和多轴控制，实现先进的 3D 切割功能。

3.4按管类型兼容性：

• 圆管激光切割机: 专为加工圆管而设计。
• 方形、矩形和异形管激光切割机： 适用于方形、矩形和不规则形状的管道。
• 多功能激光切割机： 能够在单个系统内处理多种管形和尺寸。

3.5按自动化程度：

• 手动激光切割机： 适用于小批量或原型制作。
• 半自动激光切割机： 提供部分自动化以提高吞吐量。
• 全自动激光切割机： 包括自动装载、编程、切割和卸载；非常适合大规模生产。

3.6按激光类型：

• 光纤激光器： 应用最广泛的激光源，兼容各种材料。
• CO₂ 激光器： 可有效切割钛等特殊材料；提供更强的气体保护，通常可作为等离子系统的升级。

4.0什么是光纤激光切割机？

工作原理：

光纤激光器采用掺镱光纤作为激光增益介质。激光束通过光纤传输到切割头，并通过聚焦透镜聚焦成高密度光斑，从而实现高效、精准的切割。

优点：

• 能量效率高（光电转换率超过30%），节能环保。
• 结构紧凑，占地面积小；维护要求低。
• 短波长（~1070 nm）在金属材料中具有高吸收率，对不锈钢、碳钢、铜和铝尤其有效。
• 提供高品质的切割，边缘光滑，热影响区最小，变形小。
• 启动快，响应时间短，非常适合自动化生产。
• 使用寿命长——光纤激光源可运行数万小时。

缺点：

• 切割非金属材料的能力有限。
• 成本相对较高，特别是大功率型号。

应用：

非常适合高精度切割不锈钢、碳钢、合金钢、铝和铜合金制成的薄金属板和管。常用于工业制造、汽车、电子和医疗器械行业。

5.0什么是二氧化碳激光切割机？

工作原理：

CO₂ 激光切割机使用二氧化碳气体作为激光介质。激光在放电管内产生，并通过一系列反射镜和聚焦透镜照射到材料上进行切割。

优点：

• 较长的波长（~10.6 μm）可以切割金属和非金属，例如塑料、木材和玻璃。
• 切割厚度范围广，尤其对厚板有效。
• 技术成熟稳定，性能可靠。
• 与光纤激光系统相比，初始成本较低。

缺点：

• 能源效率较低（通常在10-15%左右），导致功耗较高。
• 激光传输依赖于气体介质和镜子，需要更复杂的维护和对环境条件更高的敏感性。
• 机器体积庞大，结构更复杂，需要更多的占地面积。
• 对于铜和铝等高反射材料的效果较差。
• 热影响区较大，材料变形风险较大。

应用：

适用于切割碳钢、厚不锈钢、塑料、木材、织物等材料。广泛应用于标牌、包装、家具制造、模具加工等行业。

6.0比较：光纤激光器与二氧化碳激光切割机

7.0管材激光切割的公差是多少？

与平板切割相比，管材激光切割面临更大的挑战。管材、角钢和槽钢等材料经常会出现弯曲或扭曲，这会增加精确切割的难度。

大多数管状激光系统能够保持切割公差 ±0.010 英寸（±0.25 毫米）。为了达到这种精度，许多机器使用 接触式探针技术 在切割前检测管材的精确位置和形状。虽然这可以提高精度，但会降低切割速度。

相比之下，平板激光切割通常可以实现更严格的公差 ±0.005 英寸（±0.13 毫米）尽管如此，±0.010 英寸仍被认为是管材加工的严格公差，并且与锯切和钻孔等传统方法相比具有明显的精度优势。

8.0管材激光切割机支持哪些软件和文件格式？

管材激光切割机通常配备专用编程软件和 CAD/CAM 接口，以简化从设计到生产的流程。通常支持的文件格式包括：

• .STP— 3D模型数据交换标准
• .IGS— 用于跨平台共享 3D 几何图形
• .X_T— 包含复杂零件的精确几何数据
• .IFC— 广泛应用于建筑和工程项目的开放数据格式

9.0激光管切割机的顶级品牌

在激光管切割市场，一些领先品牌因其创新性、机器质量和客户满意度而获得认可。这些品牌包括：

• 通快– 以高精度激光切割技术而闻名。
• 百超– 提供高效、可靠的设备。
• 阿玛达– 以强大的技术支持和创新设计而闻名。
• 马扎克– 自动化和系统集成先进。
• BLM集团– 专门提供管材加工的激光解决方案。
• ALEKVS机械– 提供经济高效、实用的管道切割系统。

选择管材激光切割机时要考虑的关键因素：

材料类型： 不同的材料可能需要特定的激光技术（例如，光纤与二氧化碳）。

管径和壁厚： 切割能力应与您的应用所需的管尺寸和厚度范围相一致。

10.0管材激光切割机和平板激光切割机的区别

虽然一些平板激光切割机配备了用于管材加工的附加模块，但它们通常需要较长的设置时间才能在板材和管材操作之间切换。在大多数情况下，它们仅支持基本的二维切割。许多工厂声称拥有管材切割功能，但实际性能往往有限。

管材激光切割机另一方面，这些机器专为加工长尺寸材料而设计。这些机器能够处理标准的 20 英尺或 24 英尺管材（例如 2.0×2.0×0.125 英寸（约 50×50×3 毫米）方形管材），并支持 自动顺序加载 无需捆绑库存，大大提高了生产效率。相比之下，平板激光器通常依赖于 手动加载 处理管道时，限制其连续、大容量操作的能力。

就切割尺寸而言， 平板激光器受床尺寸的限制，通常允许最大切割长度在10英尺（约3米）以下。然而，管材激光器通常用于切割管材和型材 高达 20 英尺或更高 长度。

从效率角度来看，管状激光器可以 沿着 20 英尺的区域嵌套多个部件类似于在平板系统中对4×10英尺金属板进行零件嵌套。平板激光器不太适合在管材应用中实现这种级别的嵌套效率。

此外，管状激光机通常支持 4轴或5轴3D切割，使其能够加工各种结构型材，包括角钢、槽钢和工字钢。这些机器还可以执行 斜切，使零件 切割后可直接焊接，无需额外打磨或边缘准备。

相比之下，平板激光器仅限于 沿 X 轴和 Y 轴的二维切割，使其不适合复杂的 3D 管道和轮廓工作。

11.0用激光切割钢管：光纤还是二氧化碳？

光纤激光切割的优点：

• 低功耗： 光纤激光系统消耗的能量更少，从而降低了运营成本。
• 最低限度的维护： 光纤激光源几乎不需要维护，减少了停机时间和维护费用。
• 高切削速度： 光纤激光切割机具有极快的切割速度，可提高生产效率。
• 广泛的金属兼容性： 能够切割多种金属，包括铜、黄铜和金属合金。
• 卓越的聚焦能力： 光纤激光器将光束聚焦成更小的光斑尺寸，从而实现更精确的切割并增强系统稳定性。

CO₂ 激光切割的适用应用：

尽管二氧化碳激光器被认为是低能量光源，但它们仍然是一种可行的替代方案，尤其适用于：

• 切割厚管： CO₂ 激光器对于厚度超过 4 至 5 毫米的钢管具有优势。
• 低碳钢管： 非常适合切割低碳钢管的应用。

12.0如何选择一台好的激光管切割机？

如何选择正确的 激光管切割机 有这么多品牌和型号？

12.1光纤激光器优先于 CO₂ 激光器：

现代管材激光切割机主要采用光纤激光器。与传统的二氧化碳激光器相比，光纤激光器具有以下优势：

• 切割效率更高：光纤激光器工作波长更短，能量利用率更高。
• 降低维护成本：无需昂贵的镜子或二氧化碳气体。
• 更广泛的材料兼容性：特别适用于碳钢、不锈钢和铝合金。
  建议：除非您有特定的非金属切割需求，否则请选择光纤激光器作为您的首选。

12.2寻求“零尾”切割能力——降低成本和提高效率的关键：

传统的切割方法通常会在管尾留下50至200毫米的废料。现代机床通过优化的卡盘结构和运动控制系统，可以实现：

• 尾部废料≤30毫米，甚至真实 零尾切割.
• 每管可节省 5–10% 材料，尤其有利于大批量生产。
  常见实现：
• 双卡盘浮动/随动结构
• 飞切（即时切割）
• 动态夹紧长度调整

提示：如果您的企业每年消耗大量管材，零尾功能可以显著降低材料成本。

12.3根据加工能力评估管兼容性：

激光管切割机支持多种材料。购买前，请明确您的生产需求。

12.4切割精度和边缘质量：装配和焊接的关键：

优质的激光切割机不仅要速度快，还要准确、干净：

• 重复定位精度：≤±0.03 mm
• 切口宽度：0.2–0.5 毫米
• 边缘质量：应无毛刺、无烧痕或氧化，可直接焊接或组装
• 斜角切割能力（例如 45°）：使管与管之间的焊接配合更加紧密

12.5自动化水平决定效率和劳动力成本：

具有自动装卸和智能加工功能的激光管切割机可以大大提高生产效率并减少劳动力需求：

12.6软件和控制系统是否智能且易于使用？

选择支持直接 CAD/CAM 导入和 3D 模型解析的系统以简化工作流程：

• 自动识别零件形状和尺寸
• 支持流行格式（.dxf、.stp、.igs）
• 包括边缘共享优化和互锁孔识别
• 激光功率与切割速度智能联动

13.0为什么选择激光切割管材？

金属管材经济高效，结构坚固，尤其与通过数控加工制造的类似部件相比。然而，传统的管材加工存在诸多挑战——通常需要大量的手工劳动，而且难以实现高精度加工。诸如在厚钢管上钻孔、切割精确角度或加工非圆形特征等操作可能耗时耗力，且精度有限。

激光管切割有效地解决了这些问题。现代系统可以切割高度复杂的几何形状，公差在千分之一英寸以内，同时还支持坡口切割。精心设计的切割部件可以自行装夹，从而提高后续装配和焊接工艺的效率。

话虽如此，激光管切割机的投资额度巨大，通常高达数百万美元。它们最适合企业级的大批量生产。对于小批量作业，机器停机成本可能很高，因此投资决策应仔细权衡生产需求与资本支出。

14.0管材激光切割相较于其他切割方法的优势

管材激光切割利用高功率激光束聚焦于材料表面进行精确切割。与传统切割方法相比，它具有以下优势：

• 机械锯切：
  精度较低，边缘粗糙，需要后处理；切割速度较慢；劳动强度大，效率低；在生产复杂轮廓或角度切割方面受到限制。
• 等离子切割：
  适用于高速切割厚金属材料；然而，热影响区较大，且切割边缘粗糙，需要二次精加工。精度低于激光切割，因此不适用于精细或复杂的零件。
• 水射流切割：
  能够切割各种材料，包括金属和非金属；边缘光滑，无热影响区。然而，水射流系统的购买和维护成本更高，运行速度比激光慢，并且不适用于切割非常薄或精密的管材。
• 平板激光切割：
  为扁平材料提供高精度、干净的切割。然而，切割管段通常需要手动装载，并且该系统仅限于二维切割，因此不适用于三维轮廓或多角度操作。
• 管材激光切割：
  精度高（±0.010英寸），边缘清晰，无需二次加工；支持复杂的3D几何形状和多角度斜角切割；具有长管自动装载功能，是批量生产的理想选择。虽然该设备价格昂贵，但非常适合可扩展的工业用途。

15.0管材激光切割系统支持的材料形状

管材激光切割机不仅限于标准管道和结构型材。它们能够加工各种形状，包括：

• 圆管、方管、矩形管、椭圆管
• 角钢、槽钢、工字钢等标准型材
• 具有特殊形状的定制挤压件，例如梯形、Z 形或 C 形截面
• 结构钢管和复杂截面型材
• 多边形管和其他非标准管几何形状

先进的管材激光切割机还支持多轴3D切割，可进行斜面、倒角、打孔以及复杂轮廓等精确操作。因此，管材激光切割广泛应用于机械制造、汽车、航空航天和结构施工等行业。

16.0激光管切割的优势与局限性

激光管切割的优点：

• 半自动化到全自动工作流程： 实现高吞吐量并显著提高生产效率。
• 最少的材料浪费： 材料的使用得到优化，几乎没有废料。
• 高精度切割： 提供干净、复杂且可重复的切割，具有出色的边缘质量。
• 广泛的材料兼容性： 适用于几乎所有金属类型。
• 柔性管尺寸： 可有效处理大多数长度和直径达 6 英寸的管子。

激光管切割的局限性或挑战：

• 边缘变色： 某些材料可能会在切割边缘附近出现轻微的热变色或光晕效应，这通常是由于防溅保护装置或过量的辅助气体造成的。
• 切割入口和出口标记： 入口和出口点可能会导致小的不规则性或不一致的边缘效果。
• 壁厚限制： 最适合薄壁材料，厚度通常小于 0.500 英寸至 1.000 英寸。

17.0管材激光切割软件的主要功能有哪些？

• 自动嵌套： 根据管长和零件尺寸自动安排切割路径，以最大限度地提高材料利用率并减少浪费。
• 共线切割/共享边缘切割： 切割多个零件时共享切削刃，减少切割时间和激光能量消耗，提高效率。
• 多轴路径规划： 支持3轴、4轴、5轴联动控制，生成斜角、倒角、相切等复杂的3D切割路径。
• 材料数据库管理： 存储不同材料的切割参数（激光功率、切割速度、气体类型等），以便快速检索和调整。
• 切割路径模拟： 提供切割过程的 3D 模拟，以提前检测路径冲突和潜在的加工问题。
• 废料管理： 智能识别废料区域，优化零件布局，减少材料浪费。
• 自动尺寸校准： 根据实际管材尺寸偏差自动调整切割程序，确保加工精度。
• CAD/CAM集成： 直接导入CAD设计文件（例如.STP、.IGS格式）自动生成切割程序。
• 远程监控和诊断： 实时监控设备状态，提供故障诊断和维护警报。

18.0管材激光切割如何推动制造设计和工艺的创新？

越来越多的工程师认识到激光管材切割的潜力。过去，某些形状和尺寸由于成本高昂或制造难度高而被排除在外。如今，这些几何形状变得更加可行且易于操作。传统上，管材开槽依赖于机械加工，但如今，在管材和其他型材上开槽已变得简单易行。

管状激光器带来的设计创新：
在零件设计中，考虑管材激光切割的能力可以开辟新的可能性，并扩大设计自由度。更重要的是，它能够优化下游制造工艺。

传统切割方法的局限性：
传统的管材和型材切割通常依赖于锯，但锯的切割速度慢且精度低。速度慢本身就存在问题，而精度低则会在后续的制造步骤中引发更多问题。

示例案例：
以一根 2.0 x 2.0 x 0.125 英寸的方管为例。假设您需要制作一个简单的 3 英尺 x 6 英尺的矩形框架。过去，典型的车间会用锯子将管子斜切成四个 45 度角的部分。移动、测量和设置锯子以实现精确的 45 度切割非常耗时，而且通常不够精确。

激光管切割的应用

激光管切割技术的发展涵盖众多市场和行业。金属管的加工和切割方法多种多样，常见的操作包括穿孔、开槽和端面切割。这些工艺通常与其他管材或板材的连接相结合。

激光管切割技术的应用：
激光管切割机专为精密切割各种金属和部分非金属材料而设计，包括不锈钢、钢、铝、铜、黄铜和青铜。该技术广泛应用于多个行业，主要用于制造定制部件。常见行业包括：

• 结构工程
• 制造业
• 汽车
• 航天
• 防御

典型用例：

• 灯光： 制造定制灯具和支架。
• 管结构： 制造用于建筑和工业应用的管状框架。
• 排气系统： 切割汽车和机械排气系统的管子。
• 飞机部件： 为航空航天零件提供高精度切割。
• 防御组件： 生产军事装备及相关零部件。

适合激光切割的常见管形：

• 圆管
• 方管
• 角截面
• 矩形管
• 光束轮廓
• 形成的形状
• 定制挤压型材

激光切割技术应用于约 90% 适用于中大型管状结构应用。其广泛应用得益于其灵活性和高精度，这对于航空航天和汽车制造等要求严格的行业尤为重要。激光管切割不仅能保证高质量的切割，还能适应各种形状和尺寸的管材。

19.0常见问题解答：有关激光管切割的常见问题

光纤激光切割机和二氧化碳激光切割机如何选择？

• 光纤激光切割机： 适用于低反射率金属，切割效率更高，精度更高。尤其适用于薄材料切割，维护成本更低。
• CO₂ 激光切割机： 更适合加工较厚的材料，尤其是低碳钢和一些非金属材料。然而，这类切割效率较低，维护也较为复杂，因此主要适用于加工较厚的金属板。

激光管切割可以处理哪些管形？
激光管切割机可以加工多种管形，包括：

• 圆形、方形和矩形管
• 椭圆管
• 定制挤压型材，如梯形、Z 形和 C 形截面
• 角钢、槽钢和工字钢等结构钢

激光管切割的典型切割公差是多少？
大多数管材激光切割系统的切割公差约为 ±0.010 英寸（±0.25 毫米）。这种精度适合大多数工业应用，明显优于传统的锯切和钻孔方法。

激光管切割与传统方法相比有哪些优势？
与机械锯切、等离子切割或水射流切割相比，激光管切割具有以下优势：

• 更高的精度： 实现千分之一英寸内的公差，边缘光滑，无需二次加工。
• 复杂切割能力： 能够切割复杂的 3D 轮廓和斜面，满足精细制造要求。
• 自动化： 支持自动上料加工，减少人工成本，提高生产效率。

激光管切割机维护困难吗？

• 光纤激光器 切刀 需要的维护相对较少，通常仅限于定期更换激光增益介质，设备寿命较长。
• 二氧化碳激光 切刀 使用气体和镜子进行激光传输，需要更频繁的维护、更高的相关成本和停机时间。

激光切割管材的成本是多少？
激光管切割机通常前期成本较高，因此适合企业级大规模生产。尽管前期投资较高，但自动化和高切割精度显著降低了人工成本和生产周期，使其在批量生产中得到合理应用。

 

参考

www.ametals.com/post/everything-you-need-to-know-about-the-tube-laser

www.oshcut.com/design-guide/tube-cutting-basics

www.allmetalsfab.com/common-questions-about-tube-lasers/

https://en.wikipedia.org/wiki/Laser_cutting

https://en.wikipedia.org/wiki/Fiber_laser