Лазерне різання

Лазерне різання металу набуло широкої популярності в різних галузях завдяки своїй ‌точності‌, ‌ефективності‌, ‌універсальності‌ та ‌-рентабельності‌. Однією з великих переваг є те, що він може значно скоротити витрати на інструменти за рахунок ‌усунення форм‌, ‌зведення до мінімуму відходів‌ та ‌підвищення гнучкості виробництва‌. Нижче наведено короткий перелік переваг:

 

 

Особливості лазерного різання різних металевих матеріалів

 

Алюміній

Товщина: зазвичай до ‌20 мм‌ з високо-потужними волоконними лазерами (більше або дорівнює 6 кВт), тонкі листи (1–6 мм) забезпечують найкращу якість

Ширина пропилу‌: ‌0,1–0,3 мм‌, залежить від відбивної здатності матеріалу та допоміжного газу (бажано використовувати азот, щоб уникнути окислення) ‌Допуск‌: ±‌0,05–0,1 мм‌ для тонких листів; більш товсті матеріали (±0,15 мм) через теплову деформацію.

Якість різання‌, гладкі краї з мінімальним шлаком при використанні азоту.

Ризик ‌окислення‌ за допомогою кисню, що вимагає додаткової -обробки.

Волоконні лазери мають чимало переваг, які роблять їх кращими варіантами різання металу для алюмінію:

 

√Висока-щільність потужності, зосереджують свою енергію в дуже малій точці, що дозволяє ефективно різати навіть світловідбиваючі матеріали, такі як алюміній.

√Висока швидкість різання, висока потужність і відмінна якість променя волоконних лазерів дозволяють швидко різати, підвищуючи продуктивність.

√Мінімізована (ЗТВ) зона-термічного впливу, він може виробляти менше тепла, ніж інші типи лазерів, що призводить до чистіших розрізів із меншими термічними спотвореннями.

√Універсальність, він може різати широкий діапазон товщини алюмінію та сплавів.

 

Міркування щодо лазерного різання алюмінію

 

Є кілька дуже важливих факторів, пов’язаних із якісним лазерним різанням алюмінієвих матеріалів, і оператори завжди повинні враховувати такі аспекти:

 

√Варіант допоміжного газу: для різання алюмінію часто віддають перевагу азоту, оскільки він дає-безоксидний розріз, тим часом як кисень часто використовується для товстіших матеріалів, але може призвести до окислення краю. Недоліком азоту є вартість.

√Точка фокусування, доцільно спробувати положення фокуса відносно поверхні матеріалу перед початком масового різання, і досвідчений оператор завжди намагається налаштувати позитивний або негативний фокус, іноді це може покращити якість різання.

√Швидкість різання, щоб знайти правильний баланс між швидкістю різання та потужністю, має вирішальне значення, оскільки низька швидкість може генерувати занадто багато надлишку тепла, тоді як висока швидкість може не досягти повного проникнення.

√Чистота, оператор повинен завжди стежити за тим, щоб алюмінієві листи були чистими та вільними від масел або забруднень, які можуть вплинути на якість різання.

√Керування температурою, періодичні інтервали-охолодження, щоб запобігти накопиченню тепла, яке може спричинити деформацію матеріалу.

√Якість кромки, оператор повинен налаштувати параметри, якщо він помітить такі проблеми, як утворення шлаку або надмірне плавлення.

 

Питання якості лазерного різання алюмінію

 

 

Навколо лазерного різання алюмінієвих матеріалів, таких як труби, листи або плити, не виникає головного болю, і якщо ви можете зрозуміти ці перешкоди, це може допомогти вам досягти оптимальних результатів, мінімізуючи витрати на різання металу.

 

√Відбиваюча здатність є чи не головною проблемою при лазерному різанні алюмінію, оскільки вона також може спричинити зворотне відображення, що пошкоджує машину. Алюміній природно відбиває значну частину лазерного променя, що може знизити ефективність різання та потенційно пошкодити лазерну систему, якщо не керувати належним чином. Ця відбивна здатність вимагає використання спеціальних типів лазерів і рівнів потужності для забезпечення ефективного різання, і через цю проблему волоконний лазер є дуже популярним вибором.

√Теплопровідність, хороша теплопровідність робить лазерне різання досить складним, оскільки матеріал швидко розсіює тепло, що може ускладнити досягнення локального плавлення, необхідного для точних розрізів. Таким чином, хороша теплопровідність може призвести до більшої ширини пропилу та потенційних зон-впливу тепла навколо обрізаних країв.

√Оксидний шар, тонкий оксидний шар, утворений на алюмінієвих поверхнях, зазвичай заважає процесу лазерного -різання, і він має вищу температуру плавлення, ніж сам алюміній, що потенційно може спричиняти невідповідність якості різання або потребувати додаткової енергії для проникнення.

√Молекулярна структура, його пластична молекулярна структура іноді може призвести до менш бажаної якості краю, і часто край має задирки або виявляє легкий ефект плавлення вздовж обрізаних країв, для деяких вимогливих проектів потрібна до-обробка.

 

Нержавіюча сталь

 

 

√ Налаштування потужності, залежно від товщини матеріалу з нержавіючої сталі та типу, і важливо, щоб отвір, вирізаний лазером, був співвісним із центром сопла. Популярний варіант потужності позначається так:

‌1. Тонка пластина (1-3 мм), потужність 1000-2000 Вт із захистом від азоту для запобігання термічній деформації

2‌. Середня пластина (10-25 мм), рекомендована потужність 4000-6000 Вт, кисень використовується для зменшення дефектів шлаку

‌3. Extra thick plate (>50 мм): 12000 Вт + потужність потрібна в поєднанні з технологією кількох перфорацій, одночасно контролюючи стабільність тиску газу, щоб зменшити конусність.

 

√ Розмір сопла, він визначає форму потоку газу, що надходить у розріз, площу дифузії газу та швидкість потоку газу, тим самим впливаючи на стабільність видалення та різання розплаву. Потік повітря, що надходить у розріз, великий, швидкість велика, а положення заготовки в потоці повітря правильне, тим сильніша здатність розпилення видалити розплавлений матеріал. Чим товща нержавіюча сталь, тим більшу насадку слід використовувати, тим більше налаштування пропорційного клапана та більша швидкість потоку, чи можна забезпечити тиск і зменшити ефект нормального перетину. Рекомендований діаметр сопла для різання нержавіючої сталі різної товщини такий:

1. 1 мм, φ1,0 мм

2. 2-3 мм, φ1,5 мм

3. 3-5 мм, φ2,0 мм

4. 5-10 мм, φ 3,0 мм +

 

√ Тип допоміжного газу, кисень, азот і повітря зазвичай використовуються для лазерного різання нержавіючої сталі, і кожен має різний вплив на якість різання. Кисень вступає в екзотермічну реакцію, додаючи додаткового тепла до ріжучої поверхні, що забезпечує більш гладку кромку різу, однак він створює жовтий відтінок ріжучої кромки. Азот може утримати початковий колір нержавіючої сталі від окислення, а різання азотом призводить до вузької ширини пропилу через відсутність екзотермічної реакції окислення, тому для вигнання розплавленого металу з нижнього пропилу потрібен більш високий тиск азоту. Таким чином, азот є кращим допоміжним газом для різання нержавіючої сталі. Допоміжний газ спрямовується коаксіально на заготовку поряд із лазерним променем, і його головна мета полягає в тому, щоб видаляти розплавлений матеріал із пропилу та запобігати утворенню окалини.

 

√ Фокусне положення, різна товщина пластини та сорти нержавіючої сталі потребують різного фокусного положення. Перед різанням вимірюється фактичний нульовий фокус, і тестування та аналіз параметрів процесу різання можуть бути проведені з нульовим фокусом як еталоном. Негативне розфокусування є основним напрямком вибору процесу для різання нержавіючої сталі. Під час різання товстих пластин фокус слід установлювати всередині пластини (зазвичай від 1/3 до 1/4 товщини пластини), щоб оптимізувати розподіл енергії.

 

√ Налаштування частоти, високо-частотне різання (400-500 Гц) може зменшити залишки шлаку та покращити якість різання для тонких пластин і заготовок з високими вимогами до точності. Під час різання пластин середньої товщини (6-10 мм) зниження частоти до 200-300 Гц може покращити якість різання, якщо налаштування на 100 Гц спричинить невдачу різання.

 

√ Робочий цикл, робочий цикл 53% є критичним значенням. Якщо продовжувати зменшувати робочий цикл, на нижній поверхні залишаться сліди неповного різання, робочий цикл збільшиться до 60%, а зріз стане грубим і шаруватим. Робочий цикл імпульсу означає частку часу опромінення променя в кожному імпульсі.

 

Вуглецева сталь

 

 

Лазерне різання вуглецевої сталі зазвичай вимагає певного діапазону потужності, товщини сталі, а також діаметра сопла, і нижче наведено популярне налаштування фіксованого параметра, яке обирають багато виробників:

 

√Товщина сталі: 1,0-3,0 мм 1-2 кВт з насадкою 1,0-1,5 мм

√Товщина сталі: 3,0-6,0 мм 2-4 кВт з насадкою 1,5-2,0 мм

√Товщина сталі 6,0-10,0 мм, 4-6 кВт з насадкою 2,0-2,5 мм

√Товщина сталі вище вимагає потужності 6K+ Kw, а розмір сопла часто перевищує 2,5 мм.

 

Лазерне різання вуглецевої сталі

 

Пластина з вуглецевої сталі 8 мм

Обговорюючи, як визначити найкращі параметри процесу для лазерного різання, зазвичай потрібно враховувати кілька ключових факторів, включаючи потужність лазера, швидкість різання, тип газу, розмір сопла та тиск. Правильно регулюючи ці параметри, можна оптимізувати ефект лазерного різання листів з вуглецевої сталі, а також покращити ефективність виробництва та якість різання. Крім того, різні моделі різання впливатимуть на вибір і налаштування параметрів процесу різання, що, у свою чергу, впливає на швидкість і якість різання. Оператор повинен розуміти, що експерименти та параметри оптимізації повинні бути встановлені перед масовим різанням. У той же час, шляхом постійних спроб і оптимізації, ми можемо поступово накопичувати досвід і підвищувати точність і ефективність різання. Після серії експериментів ми можемо отримати оптимальні параметри процесу для лазерної різальної машини середньої-потужності для різання вуглецевої сталі товщиною 8 мм. Далі ми детально вивчимо вибір і налаштування для лазерного різання вуглецевої сталі 8 мм і 3 мм.

 

√Тип лазера: волоконний лазер

√Швидкість різання: 13 мм/с

√Потужність: 5Kw

√Фокусне положення: +3.2 мм

√Розмір сопла: 2,3 мм

√Допоміжний газ: кисень

√Тиск газу 0,04 МПа.

√Частота перфорації: 80 Гц.

 

Пластина з вуглецевої сталі 3 мм

√Тип лазера: волоконний лазер

√Швидкість різання: 70 мм/с

√Потужність: 3Kw

√Фокусне положення: +2 мм

√Розмір сопла: 2,3 мм

√Допоміжний газ: кисень

√Тиск газу 0,35 МПа.

√Частота перфорації: 300 Гц.

 

У промисловому застосуванні ширина пропилу CO2-лазером, як правило, становить від 0,2 до 0,3 мм, що особливо підходить для різання пластин середньої та товщини, а також залежить від типу лазерного різання та товщини сталі. Киснева допомога збільшує ширину пропилу, але збільшує швидкість, а різання азотним лазером матиме чисті краї без шлаку, тоді як киснева допомога створює задирки, які потребують вторинного шліфування.

Мідь і латунь

 

 

Висока відбивна здатність, провідність і універсальність міді та латуні створюють унікальні проблеми для лазерного різання, і два головних чинники – це відбивна здатність і теплопровідність, які впливають на ефективність і точність лазерного різання. Волоконний лазер широко використовується для подолання цих проблем, і оператор повинен враховувати наступні параметри під час виконання лазерного різання відбиваючих металів, таких як нержавіюча сталь, алюмінієва мідь і латунь:

 

√Для волоконного лазера зазвичай рекомендується довжина хвилі 1 мкм, яка добре-поглинається відбиваючими металами, такими як мідь, алюміній і нержавіюча сталь.

√Потужність і імпульс, дуже розумно регулювати потужність лазера та тривалість імпульсу, щоб оптимізувати процес різання для запобігання надмірному накопиченню тепла та відбиттям. Для тонких мідних листів може бути ефективною техніка імпульсного проколу, яка передбачає поступове збільшення потужності лазера протягом серії коротких імпульсів, доки матеріал не буде пробито, уникаючи неповних надрізів і утворення шлаку.

√Допоміжний газ, азот і кисень є звичайними при лазерному різанні відбиваючих металів, і вони можуть допомогти видувати розплавлений матеріал і запобігати відбиттям.

√Фокусуюча оптика, життєво важливо переконатися, що фокусуюча оптика чиста та правильно вирівняна, щоб мінімізувати відображення та оптимізувати ефективність різання.

√Високоякісні-системи доставки променя з відбиваючим покриттям можуть допомогти мінімізувати відбиття.

√Калібрування таких параметрів різання, як швидкість, потужність і фокусна відстань, щоб досягти бажаної якості різання без надмірного відбиття чи накопичення тепла, а також пробне різання в невеликому масштабі настійно рекомендується перед початком масового виробництва.