Лазерно рязане

Лазерното рязане на метал придоби широка популярност в индустриите благодарение на своята ‌прецизност‌, ‌ефективност‌, ‌гъвкавост‌ и ‌це-ефективност‌. Едно от големите предимства е, че може значително да намали разходите за инструменти чрез ‌елиминиране на плесени‌, ‌минимизиране на отпадъците от материали‌ и ‌увеличаване на гъвкавостта на производството‌, а по-долу е кратък списък на предимствата:

 

 

Характеристики на лазерно рязане на различни метални материали

 

Алуминий

Дебелина: обикновено до ‌20 mm‌ с високо-мощни влакнести лазери (По-голяма или равна на 6 kW), тънки листове (1–6 mm) постигат най-добро качество

Ширина на прореза‌: ‌0,1–0,3 mm‌, повлияна от отражателната способност на материала и помощния газ (за предпочитане азот, за да се избегне окисляване) ‌Допустимо отклонение‌: ±‌0,05–0,1 mm‌ за тънки листове; по-дебели материали (±0,15 mm) поради термично изкривяване.

Качество на рязане‌, гладки ръбове с минимална шлака при използване на азот.

Риск от ‌окисление‌ с помощта на кислород, което изисква последваща-обработка.

Фибролазерите предлагат доста малко предимства, които ги правят предпочитана опция за рязане на метал за алуминий:

 

√Висока-плътност на мощността, фокусира енергията си в много малко място, което позволява ефективно рязане дори с отразяващи материали като алуминий.

√Бързата скорост на рязане, високата мощност и отличното качество на лъча на влакнестите лазери позволяват бързо рязане, увеличавайки производителността.

√Минимизирана (HAZ) засегната от топлина-зона, той може да произвежда по-малко топлина от другите типове лазери, което води до по-чисти срезове с по-малко термично изкривяване.

√Универсален, той може да реже широка гама от алуминиеви дебелини и сплави.

 

Съображения за лазерно рязане на алуминий

 

Има няколко много критични фактора, включени в добро лазерно рязане на алуминиеви материали, и операторите винаги трябва да вземат предвид следните аспекти:

 

√Опция за помощен газ, азотът често се предпочита за рязане на алуминий, тъй като произвежда рязане- без оксид, междувременно кислородът често се използва за по-дебели материали, но може да доведе до окислен ръб. Недостатъкът на азота е цената.

√Фокусна точка, разумно е да опитате позицията на фокуса спрямо повърхността на материала, преди да започне масовото рязане, а опитен оператор винаги опитва настройката за положителен или отрицателен фокус, понякога може да подобри качеството на рязане.

√Скоростта на рязане, намирането на правилния баланс между скоростта на рязане и мощността е от решаващо значение, тъй като ниската скорост може да генерира твърде много прекомерна топлина, докато високата скорост може да не постигне пълно проникване.

√Чистота, операторът винаги трябва да се уверява, че алуминиевите листове са чисти и без масла или замърсители, които биха могли да повлияят на качеството на рязане.

√Управление на топлината, периодични{0}}интервали на охлаждане за предотвратяване на натрупване на топлина, което може да причини деформация на материала.

√Качество на ръба, операторът трябва да коригира параметрите, ако забележи проблеми като образуване на шлака или прекомерно топене.

 

Проблеми с качеството на алуминий при лазерно рязане

 

 

Има малко главоболия около лазерното рязане на алуминиеви материали като тръби, листове или плочи, и ако можете да разберете тези препятствия, това може да ви помогне да постигнете оптимални резултати, като минимизирате разходите си за рязане на метал.

 

√Отразителната способност е почти основното предизвикателство при лазерното рязане на алуминий, защото може също да причини обратни отражения, които да повредят машината. Алуминият естествено отразява значителна част от лазерния лъч, което може да намали ефективността на рязане и потенциално да повреди лазерната система, ако не се управлява правилно. Тази отразяваща способност налага използването на специфични типове лазери и нива на мощност, за да се осигури ефективно рязане, и поради този проблем фибролазерът е много популярен избор.

√Топлопроводимост, добрата топлопроводимост прави лазерното рязане доста предизвикателно, тъй като материалът бързо разсейва топлината, което може да затрудни постигането на локализирано топене, необходимо за прецизни срезове. Поради това добрата топлопроводимост може да доведе до по-широки прорези и потенциални топлинно-засегнати зони около срязаните ръбове.

√Оксиден слой, тънкият оксиден слой, образуван върху алуминиеви повърхности, обикновено пречи на процеса на лазерно-рязане и има по-висока точка на топене от самия алуминий, което потенциално причинява несъответствия в качеството на рязане или изисква допълнителна мощност за проникване.

√Молекулярната структура, неговата гъвкава молекулярна структура понякога може да доведе до по-малко желано качество на ръба и често ръбът има неравности или показва лек ефект на топене по протежение на изрязаните ръбове, за някои взискателни проекти е необходима последваща{0}}обработка.

 

Неръждаема стомана

 

 

√ Настройка на мощността, в зависимост от дебелината и вида на материала от неръждаема стомана, и е важно лазерно изрязаният отвор да е коаксиален с центъра на дюзата. Популярната опция за захранване е посочена, както следва:

1. Тънка плоча (1-3 мм), 1000-2000 W мощност с азотна защита за предотвратяване на термична деформация

2‌. Средна плоча (10-25 mm), препоръчва се мощност 4000-6000 W и се използва кислород за намаляване на дефектите в шлаката

‌3. Extra thick plate (>50 mm): 12000 W + мощност се изисква в комбинация с технология за множество перфорации, като същевременно се контролира стабилността на налягането на газа, за да се намали конусността.

 

√ Размер на дюзата, той определя формата на газовия поток, влизащ в разреза, зоната на дифузия на газа и скоростта на газовия поток, като по този начин влияе върху стабилността на отстраняването на стопилката и рязането. Въздушният поток, влизащ в разреза, е голям, скоростта е бърза и позицията на детайла във въздушния поток е правилна, толкова по-силна е способността за пръскане за отстраняване на разтопения материал. Колкото по-дебела е неръждаемата стомана, толкова по-голяма дюза трябва да се използва, толкова по-голяма е настройката на пропорционалния клапан и колкото по-голям е дебитът, може ли да се осигури налягането и ефектът на нормалното сечение да бъде намален. Препоръчителният диаметър на дюзата за рязане на неръждаема стомана с различна дебелина е както следва:

1. 1 мм, φ1,0 мм

2. 2-3 мм, φ1,5 мм

3. 3-5 мм, φ2,0 мм

4. 5-10mm,φ 3,0 mm +

 

√ Тип помощен газ, кислород, азот и въздух обикновено се използват за лазерно рязане на неръждаема стомана и всеки има различно въздействие върху качеството на рязане. Кислородът ще претърпи екзотермична реакция, добавяйки допълнителна топлина към режещата повърхност, което осигурява по-гладък ръб на рязане, но генерира жълт оттенък на ръба на рязане. Азотът може да запази оригиналния цвят на неръждаемата стомана от окисляване, а рязането с азот води до тясна ширина на прореза поради липсата на екзотермична реакция на окисление, така че са необходими по-високи налягания на азота, за да се изхвърли стопеният метал от долния прорез. Следователно азотът е предпочитаният помощен газ за рязане на неръждаема стомана. Помощният газ се насочва коаксиално към детайла заедно с лазерния лъч и основната му цел е да изгони разтопения материал от прореза и да предотврати образуването на шлака.

 

√ Фокусна позиция, различна дебелина на плочата и класове неръждаема стомана изискват различна фокусна позиция. Преди рязане се измерва действителният нулев фокус и тестът и анализът на параметрите на процеса на рязане могат да се извършат с нулевия фокус като еталон. Отрицателният дефокус е основната посока за избор на процес за рязане на неръждаема стомана. Когато режете дебели плочи, фокусът трябва да бъде зададен в рамките на плочата (обикновено 1/3 до 1/4 от дебелината на плочата), за да се оптимизира разпределението на енергията.

 

√ Настройка на честотата, рязане с висока-честота (400-500Hz) може да намали остатъците от шлака и да подобри качеството на рязане за тънка плоча и за детайли с високи изисквания за точност. Когато режете плочи със средна дебелина (6-10 мм), намаляването на честотата до 200-300 Hz може да подобри качеството на рязане, ако настройката на 100 Hz ще доведе до неуспех при рязането.

 

√ Работен цикъл, работен цикъл 53% е критичната стойност. Ако продължите да намалявате работния цикъл, ще има следи от непълно рязане по долната повърхност, работният цикъл ще се увеличи до 60%, а секцията ще стане груба и наслоена. Коефициентът на запълване на импулса се отнася до съотношението на времето на облъчване на лъча във всеки импулс.

 

Въглеродна стомана

 

 

Лазерното рязане на въглеродна стомана обикновено изисква специфичен диапазон на мощността, дебелина на стоманата, както и диаметър на дюзата, а по-долу е популярна настройка с фиксирани параметри, избрана от много производители:

 

√Дебелина на стоманата: 1.0-3.0 mm 1-2 Kw с дюза 1.0-1.5 mm

√Дебелина на стоманата: 3.0-6.0mm 2-4 Kw с дюза 1.5-2.0mm

√Дебелина на стоманата 6.0-10.0 mm, 4-6 Kw с дюза 2.0-2.5 mm

√Дебелината на стоманата по-горе изисква 6K+ Kw мощност, а размерът на дюзата често е по-голям от 2,5 mm.

 

Съображения за лазерно рязане на въглеродна стомана

 

8 мм плоча от въглеродна стомана

Когато обсъждаме как да определим най-добрите параметри на процеса за лазерно рязане, обикновено трябва да вземем предвид няколко ключови фактора, включително лазерна мощност, скорост на рязане, тип газ, размер на дюзата и налягане. Чрез правилно регулиране на тези параметри ефектът на лазерно рязане на плочите от въглеродна стомана може да бъде оптимизиран и ефективността на производството и качеството на рязане могат да бъдат подобрени. В допълнение, различните модели на рязане ще повлияят на избора и настройката на параметрите на процеса на рязане, което от своя страна влияе върху скоростта и качеството на рязане. Операторът трябва да разбере, че експериментите и параметрите за оптимизиране трябва да бъдат уредени преди масовото рязане. В същото време, чрез непрекъснати опити и оптимизация, можем постепенно да натрупаме опит и да подобрим точността и ефективността на рязане. След поредица от експерименти можем да получим оптималните параметри на процеса за лазерна машина за рязане на влакна със средна-мощност за рязане на въглеродна стомана с дебелина 8 мм. След това ще проучим в дълбочина избора и настройките за лазерно рязане на 8 mm и 3 mm въглеродна стомана.

 

√Тип лазер: фибролазер

√Скорост на рязане: 13mm/s

√Мощност: 5Kw

√Фокусна позиция:+3.2mm

√Размер на дюзата: 2,3 мм

√Помощен газ: кислород

√Налягане на газа при 0,04MPa.

√Честота на перфорация: 80HZ.

 

3 мм плоча от въглеродна стомана

√Тип лазер: фибролазер

√Скорост на рязане: 70mm/s

√Мощност: 3Kw

√Фокусна позиция:+2mm

√Размер на дюзата: 2,3 мм

√Помощен газ: кислород

√Налягане на газа при 0,35MPa.

√Честота на перфорация: 300HZ.

 

В промишлени приложения ширината на прореза с CO2 лазер обикновено е около 0,2 до 0,3 mm, което е особено подходящо за рязане на средни и дебели плочи и също така зависи от вида на лазерното рязане и дебелината на стоманения материал. Кислородното подпомагане разширява ширината на прореза, но увеличава скоростта, а рязането с азотен лазер ще има чисти ръбове без шлака, докато кислородното подпомагане генерира неравности, изискващи вторично шлайфане.

Мед и месинг

 

 

Високата отразяваща способност, проводимостта и многофункционалността на медта и месинга поставят уникални предизвикателства пред лазерното рязане и двата основни фактора са отразяващата способност и топлопроводимостта, които влияят на ефективността и прецизността на лазерното рязане. Фибролазерът се използва широко за преодоляване на тези предизвикателства и операторът трябва да вземе предвид следните параметри, когато извършва лазерно рязане на отразяващи метали като неръждаема стомана, алуминиева мед и месинг:

 

√Дължина на вълната, 1 μm дължина на вълната, която може да бъде добре-абсорбирана от отразяващи метали като мед, алуминий и неръждаема стомана, обикновено се препоръчва за фибролазер.

√Мощност и импулс, много е разумно да регулирате лазерната мощност и продължителността на импулса, за да оптимизирате процеса на рязане за предотвратяване на прекомерно натрупване на топлина и отражения. За тънки медни листове техниката на импулсно пробиване може да бъде ефективна и включва постепенно увеличаване на мощността на лазера през поредица от кратки импулси, докато материалът бъде пробит, като се избягват непълни разрези и образуване на шлака.

√Помощният газ, азотът и кислородът са често срещани при лазерно рязане на отразяващи метали и те могат да помогнат за издухването на разтопения материал и да предотвратят отраженията.

√Фокусираща оптика, жизненоважно е да се уверите, че фокусиращата оптика е чиста и правилно подравнена, за да минимизира отражението и да оптимизира ефективността на рязане.

√Високо{0}}качествените системи за предаване на лъч с отразяващи покрития могат да помогнат за минимизиране на отраженията.

√Калибрирането на параметри на рязане като скорост, мощност и фокусно разстояние за постигане на желаното качество на рязане, без да се причинява прекомерно отражение или натрупване на топлина, и пробно рязане в малък мащаб е силно препоръчително преди да започне масовото производство.