EN
Технологията зад промишленото лазерно рязане
А лазерна резачка създава фокусиран лъч от усилена светлина — обикновено от източник на влакнен лазер в съвременните промишлени системи — който концентрира енергията в точка с диаметър 50–100 микрона. В тази фокусна точка плътността на мощността достига приблизително 1–10 MW/cm², което е достатъчно, за да разтопи или изпари метал за микросекунди след контакт с лъча. Процесът на рязане използва помощен газ — кислород за мека стомана, за да предизвика екзотермична реакция, която удвоява ефективната скорост на рязане, или азот за неръждаема стомана и алуминий, за да изтласка разтопения материал, без да се получи окисляване.
Източниците на влакнени лазери са заместили CO₂ лазерите в повечето индустриални приложения за рязане, тъй като те преобразуват приблизително 30–40 % от входната електрическа мощност в лазерен изход, в сравнение с 10–15 % за CO₂ източниците. По-високата ефективност намалява електроенергийното потребление и елиминира газовата смес за лазер — хелий, азот, CO₂ — която CO₂ системите изискват за генериране на лъч. Поддръжката се променя от управление на газа и подравняване на огледалата към периодично заменяне на диодния модул, обикновено след 50 000–100 000 часа работа.
Производител на строителна техника, който произвежда компоненти за екскаватори, модернизирал от CO₂ към влакнен лазер след изчисление, че по-високата скорост на рязане на влакнения източник при стомана с ниско съдържание на въглерод с дебелина 6–10 мм — приблизително с 40–60 % по-бързо — ще възстанови разликата в капиталистичните разходи за 14 месеца чрез увеличена производителност. Елиминирането на попълването на лазерен газ спестява 12 000 долара годишно за разходи за консумативи.
Спектър на материалните възможности
Ефективност при рязане на феритни метали
Влакнен лазерна резачка работа при мощност 1–3 kW позволява рязане на мека стомана с дебелина до 12–16 mm с помощта на кислород като подпомагащ газ, като се получава чист и прав ъгъл, подходящ за заваряване без допълнителна подготовка. Кислородът реагира с течната стомана в екзотермична реакция, която осигурява около 60 % от енергията за рязане и ефективно удвоява скоростта на рязане в сравнение с рязане с азот при същата мощност.
При рязане на неръждаема стомана се използва азот като подпомагащ газ, за да се предотврати окисляването по ръба на реза и да се запази пасивният слой от хромов оксид, който осигурява корозионна устойчивост. Рязането на неръждаема стомана с азот при мощност 3 kW обикновено дава чисти резове през дебелина от 8–10 mm с бляскав, неокислен ръб, който не изисква постобработка или почистване след рязане.
Възможността за рязане на въглеродна стомана с лазер е почти линейно пропорционална на мощността на лазера до приблизително 6 kW, след което зависимостта се изравнява, тъй като помощният газ не може ефективно да отвежда разтопения материал от все по-дебелия разрез. Практичната максимална дебелина за рязане на въглеродна стомана с влакнен лазер при производствени условия е приблизително 25–30 mm при мощност 12–15 kW.
Съображения за цветните метали
Алуминият представлява две предизвикателства: високата му топлопроводност бързо отвежда топлината от зоната на рязане, а високата му отражателност при дължините на вълната на влакнените лазери (приблизително 1070 nm) може да отразява енергията на лъча към оптичната система. Съвременните влакнени лазери включват защита срещу обратно отразена енергия, която следи отразената енергия и автоматично намалява мощността или прекъсва лъча.
Режещата обработка на мед и латун при дължини на вълната на влакнени лазери е практична в системи с оптимизирано качество на лъча за отразяващи материали. Ключовият параметър е произведението на параметрите на лъча (BPP) — мярка за фокусиране, като по-ниските стойности на BPP осигуряват необходимата плътност на мощността, за да се преодолее топлопроводимостта на медта. Мед с дебелина до 4–6 мм може да се реже при мощност 3 kW в системи с BPP под 2 mm·mrad.
Параметри на качеството на рязането
Ширина на рязане и размерна точност
Резът — широчината на материала, отстранен от лазерния лъч — обикновено е между 0,15 и 0,5 мм, в зависимост от дебелината на материала, мощността на лазера и положението на фокуса. Широчината на реза определя минималния размер на вътрешните елементи: процеп с ширина по-малка от приблизително 1,5 пъти широчината на реза не може да бъде изрязан, тъй като лъчът отстранява материал от двете страни и се събира в единичен рез вместо в два успоредни ръба.
Точността по размери на съвременните фибер лазерни режещи машини достига ±0,05–0,1 мм за тънки материали (1–3 мм) и ±0,1–0,3 мм за по-дебели материали (6–12 мм). Топлинната деформация — разширяването и свиването на листа по време на рязане — става доминиращото ограничение за точността при дебелина над приблизително 10 мм, тъй като зоната, засегната от топлината, се простира по-далеч от ръба на реза.
Качество на ръба и вторични операции
Ръбовете, получени при лазерно рязане на мека стомана с кислород като помощен газ, имат тънък оксиден слой, който трябва да бъде премахнат преди боядисване или напръскване с прах. Ръбовете на неръждаема стомана и алуминий, рязани с азот, са готови за боядисване без допълнително почистване. Неравността на ръба (Rz) обикновено е в диапазона 10–30 μм при правилно оптимизирани параметри, което е сравнимо с машинарски обработена повърхност, изискваща минимална подготовка преди заваряване.
Зоната, засегната от топлината (HAZ) — областта, в която свойствата на материала се променят поради топлината при рязането — има ширина 0,1–0,3 мм от ръба на реза при тънки материали и 0,3–0,8 мм при по-дебели секции. Тясната HAZ минимизира необходимостта от термична обработка след рязането, която по-дебелите секции често изискват след плазмено рязане, при което HAZ може да достигне 2–4 мм.
Често задавани въпроси
Колко дебела въглеродна стомана може да нареже влакнен лазер с мощност 3 kW?
Влакнен лазер с мощност 3 kW нарязва въглеродна стомана до 12–16 мм с помощен газ кислород и до 6–8 мм с азот за получаване на ръбове без оксиди. Скоростта на рязане намалява експоненциално с увеличаване на дебелината — при дебелина 16 мм скоростта е приблизително 0,6–0,8 м/мин, докато при дебелина 3 мм тя е 3–4 м/мин.
Какъв е сравнителният анализ между влакнения и CO₂ лазер за промишлено рязане?
Лъкови лазери предлагат 2×3× по-висока електрическа ефективност (3040% срещу 1015%), по-бързо рязане на тънки до средни материали, елиминиране на лазерни газови консумативи и по-ниска поддръжка. CO2 лазерите запазват предимство в качеството на материали с дебелина над 15 mm поради различните характеристики на абсорбцията на лъча.
Какъв асистентен газ е най-подходящ за лазерно рязане на неръждаема стомана?
Азотът с чистота 99,95%+ произвежда ярки, безоксидни ръбове върху неръждаемата стомана без почистване след рязане. Кислородната резка е по-бърза, но оставя окислена ръба, която трябва да се премахне преди заваряване или покритие. Rayman CNC лазерни резачки поддържат автоматичен избор на газове и контрол на налягането за двата газа.
Може ли лазерен резач да обработва отразяващи материали като алуминий и мед?
Да, съвременните лазери с защитни системи за отразяване на обратното отразяване рязат алуминий до 3 кВт и мед до 4 кВт. Системите с продукт на параметрите на лъча (BPP) под 2 mm·mrad постигат по-висока плътност на мощност за отразяващи материали.
Какво поддръжка изисква лазерната резачка?
Прочистване или подмяна на защитните лещи на всеки 200-500 часа, линейна смазка на водач седмично, месечна смяна на асистиращия газови филтър и подмяна на хладилната течност на хладилника годишно. Източниците на лазерни влакна обикновено не изискват поддръжка за повече от 50 000 часа работа преди сервизното обслужване на модула на диодите.
Колко точни са лазерно изрязаните части в сравнение с обработените?
Лазерното рязане постига точност на измеренията ±0,050,3 mm (зависи от материала), достатъчна за заваръчни части без обработка. Истинската обработена толерантност (± 0,01 0,02 mm) остава извън лазерните възможности частите, изискващи такава прецизност, се нуждаят от обработка след рязане, независимо от метода на рязане.