Înțelegerea capacităților tăierii cu laser în industrie

Tehnologia din spatele tăierii industriale cu laser

A tăietoare cu laser generează un fascicul concentrat de lumină amplificată — în mod obișnuit provenit dintr-o sursă de laser cu fibră în sistemele industriale moderne — care concentrează energia într-un punct cu diametrul de 50–100 microni. În acest punct focal, densitatea de putere atinge aproximativ 1–10 MW/cm², suficientă pentru a topi sau a vaporiza metalul în microsecunde după contactul cu fasciculul. Procesul de tăiere utilizează un gaz auxiliar — oxigen pentru oțelul moale, pentru a declanșa o reacție exotermică care dublează viteza efectivă de tăiere, sau azot pentru oțelul inoxidabil și aluminiu, pentru a evacua materialul topit fără oxidare.

Sursele laser cu fibră au înlocuit laserele cu CO2 în majoritatea aplicațiilor industriale de tăiere, deoarece acestea convertesc aproximativ 3040% din puterea electrică de intrare în puterea laser, comparativ cu 1015% pentru sursele de CO2. Eficiența mai mare reduce consumul de energie electrică și elimină amestecul de gaze laser heliu, azot, CO2 necesar sistemelor de CO2 pentru generarea fasciculului. În cazul în care se utilizează un dispozitiv de tip "LED" pentru a proteja dispozitivele de tip "LED", acesta trebuie să fie completat cu un dispozitiv de tip "LED" pentru a proteja dispozitivele de tip "LED" pentru a proteja dispozitivele de tip "LED".

Un producător de echipamente de construcții care produce componente pentru excavatoare a trecut de la CO2 la laser cu fibră după ce a calculat că viteza de tăiere mai mare a sursei de fibră pe oțelul ușor de 610 mm aproximativ 4060% mai rapidă ar recupera diferența cost Eliminarea reumplerii cu gaz cu laser a economisit 12.000 de dolari pe an în costuri de consum.

Spectrul de capacități materiale

Performanță de tăiere a metalelor ferosice

Un laser cu fibră tăietoare cu laser funcționarea la 1–3 kW permite tăierea oțelului moale cu grosime până la 12–16 mm, folosind gaz de asistență oxigen, obținându-se o muchie curată și dreaptă, potrivită pentru sudură fără pregătire suplimentară. Oxigenul reacționează cu oțelul topit într-o reacție exotermică care contribuie cu aproximativ 60% din energia necesară tăierii, dublând eficient viteza de tăiere comparativ cu tăierea asistată de azot la același nivel de putere.

Tăierea oțelului inoxidabil utilizează azot ca gaz de asistență pentru a preveni oxidarea la marginea tăieturii, menținând stratul pasiv de oxid de crom care asigură rezistența la coroziune. Tăierea oțelului inoxidabil cu azot la 3 kW realizează, în mod tipic, tăieri curate prin grosimi de 8–10 mm, cu o muchie lucioasă, lipsită de oxizi, care nu necesită curățare ulterioară.

Capacitatea de tăiere a grosimii de oțel cu carbon scală aproape liniar cu puterea laser de până la aproximativ 6 kW, după care relația se aplatizează deoarece gazul de asistent nu poate expulza eficient materialul topit din bordul tot mai gros. Grosimea maximă practică pentru tăierea cu fibră laser a oțelului cu carbon în condiții de producție este de aproximativ 2530 mm la 1215 kW.

Concentrarea de carbon în combustibil

Aluminiul prezintă două provocări: conductivitatea termică ridicată conduce rapid căldura departe de zona de tăiere și reflectarea ridicată la lungimile de undă ale laserului de fibră (aproximativ 1070 nm) poate reflecta energia fasciculului în sistemul optic. Laserele moderne cu fibră au o protecţie pentru reflectare inversă care monitorizează energia reflectată şi reduce automat puterea sau întrerupe fasciculul.

Tăietura cuprului și a alamă la lungimile de undă ale laserului cu fibră este practică pe sisteme cu calitate a fasciculului optimizată pentru materialele reflectante. Parametrul cheie este produsul de parametri ai fasciculului (BPP) o măsură a focalizabilității cu valori mai mici ale BPP care ating densitatea de putere necesară pentru a depăși conductivitatea termică a cuprului. Cuprul de până la 46 mm poate fi tăiat la 3 kW pe sisteme cu BPP sub 2 mm·mrad.

Parametrii de calitate de tăiere

Lățimea tăieturii și precizia dimensională

Certura lățimea materialului eliminat de fasciculul laser măsoară de obicei 0,150,5 mm, în funcție de grosimea materialului, puterea laserului și poziția focală. Lățimea de tăietură determină dimensiunea minimă a caracteristicilor interne: un loc mai îngust decât aproximativ 1,5 ori lățimea de tăietură nu poate fi tăiat deoarece fasciculul elimină materialul din ambele părți, convergând într-o singură tăietură, mai degrabă decât două margini paralele

Precizia dimensională obținută pe mașinile moderne de tăiere cu laser cu fibră este de ±0,05–0,1 mm pentru materiale subțiri (1–3 mm) și de ±0,1–0,3 mm pentru materiale mai groase (6–12 mm). Distorsiunea termică — adică dilatarea și contracția foii în timpul tăierii — devine limitarea dominantă a preciziei la grosimi peste aproximativ 10 mm, deoarece zona afectată termic se extinde mai departe de marginea tăieturii.

Calitatea marginilor și operațiunile secundare

Marginile tăiate cu laser ale oțelului moale, cu gaz auxiliar de oxigen, prezintă un strat subțire de oxid care trebuie îndepărtat înainte de vopsire sau aplicarea de pudră. Marginile tăiate cu laser din oțel inoxidabil și aluminiu, cu azot ca gaz auxiliar, sunt gata pentru vopsire fără curățare. Rugozitatea marginii tăiate (Rz) măsoară, în general, 10–30 μm la parametri bine optimizați, fiind comparabilă cu o suprafață prelucrată mecanic, care necesită pregătire minimă înainte de sudare.

Zona afectată termic (HAZ) — regiunea în care proprietățile materialului se modifică datorită căldurii generate în timpul tăierii — se extinde la 0,1–0,3 mm de la marginea tăieturii pentru materialele subțiri și la 0,3–0,8 mm pentru secțiunile mai groase. Zona îngustă afectată termic minimizează tratamentul termic ulterior necesar pentru secțiunile mai groase după tăierea cu plasmă, unde HAZ poate ajunge la 2–4 mm.

Întrebări frecvente

Ce grosime de oțel moale poate prelucra un sistem de tăiere cu laser cu fibră de 3 kW?

Un laser cu fibră de 3 kW taie oțel moale până la 12–16 mm cu gaz auxiliar de oxigen și până la 6–8 mm cu azot, pentru margini fără oxizi. Viteza de tăiere scade exponențial în funcție de grosime — tăierea la 16 mm se realizează la aproximativ 0,6–0,8 m/min, comparativ cu 3–4 m/min pentru materialul de 3 mm.

Cum se compară laserul cu fibră cu laserul CO₂ pentru tăierea industrială?

Laserii cu fibră oferă o eficiență electrică cu 2–3× mai mare (30–40% față de 10–15%), tăiere mai rapidă a materialelor subțiri și medii, eliminarea consumabililor de gaz laser și întreținere redusă. Laserii cu CO₂ păstrează un avantaj în ceea ce privește calitatea muchiei la materialele cu grosime peste 15 mm, datorită caracteristicilor diferite de absorbție a fasciculului.

Ce gaz auxiliar este cel mai potrivit pentru tăierea laser a oțelului inoxidabil?

Azotul cu o puritate de peste 99,95% produce margini strălucitoare, fără oxizi, la tăierea oțelului inoxidabil, fără necesitatea curățării ulterioare. Tăierea cu oxigen este mai rapidă, dar lasă o margine oxidată care trebuie îndepărtată înainte de sudură sau aplicarea unui strat de acoperire. Mașinile Rayman CNC pentru tăiere laser suportă selecția automată a gazelor și controlul presiunii pentru ambele gaze.

Poate un sistem de tăiere laser cu fibră prelucra materiale reflectante, cum ar fi aluminiul și cuprul?

Da, laserii cu fibră moderni, echipați cu sisteme de protecție împotriva reflexiei inverse, pot tăia aluminiu până la 12–16 mm (3 kW) și cupru până la 4–6 mm. Sistemele cu produsul parametrilor fasciculului (BPP) sub 2 mm·mrad obțin o densitate de putere superioară pentru materialele reflectante.

Ce întreținere necesită un sistem de tăiere cu laser din fibră?

Curățarea sau înlocuirea lentilei de protecție la fiecare 200–500 de ore, ungerea ghidurilor liniare săptămânal, schimbarea filtrului pentru gazul auxiliar lunar și înlocuirea lichidului de răcire din chiller anual. Sursele laser din fibră nu necesită, în general, întreținere timp de peste 50.000 de ore de funcționare, până la efectuarea serviciului pentru modulul diodă.

Cât de precis sunt piesele tăiate cu laser comparativ cu componentele prelucrate prin așchiere?

Tăierea cu laser asigură o precizie dimensională de ±0,05–0,3 mm (dependentă de material), suficientă pentru piese gata de sudură fără prelucrare suplimentară. Toleranța reală obținută prin prelucrare mecanică (±0,01–0,02 mm) rămâne în afara capacității laserului — piesele care necesită o astfel de precizie necesită prelucrare suplimentară după tăiere, indiferent de metoda de tăiere utilizată.