Lézeres vágás

A fémlézeres vágás széles körű népszerűségre tett szert az iparágakban a pontosság, a hatékonyság, a sokoldalúság és a költséghatékonyság{0} miatt. Az egyik nagy előnye, hogy jelentősen csökkentheti a szerszámköltségeket az öntőformák megszüntetésével, az anyagpazarlás minimalizálásával és a gyártási rugalmasság növelésével, az alábbiakban pedig az előnyök rövid listája található:

 

 

Különböző fémanyagok lézeres vágásának jellemzői

 

Alumínium

Vastagság: általában legfeljebb ‌20 mm‌ nagy-teljesítményű szálas lézerekkel (6 kW vagy annál nagyobb), vékony lemezek (1–6 mm) érik el a legjobb minőséget

Szegélyszélesség: ‌0,1–0,3 mm‌, befolyásolja az anyag visszaverő képessége és a segédgáz (nitrogén az oxidáció elkerülése érdekében) ‌Tűrés‌: ±‌0,05–0,1 mm‌ vékony lemezeknél; vastagabb anyagok (±0,15 mm) a hőtorzulás miatt.

Vágott minőség, sima élek minimális salakanyaggal nitrogén használatakor.

Oxidáció veszélye oxigén asszisztens esetén, ami utólagos-feldolgozást igényel.

A szálas lézerek meglehetősen kevés olyan előnnyel rendelkeznek, amelyek előnyben részesítik az alumínium fémvágási lehetőségeit:

 

√A nagy-teljesítménysűrűségnek köszönhetően az energiát egy nagyon kis pontra összpontosítják, ami hatékony vágást tesz lehetővé még fényvisszaverő anyagokkal, például alumíniummal is.

√A szálas lézerek gyors vágási sebessége, nagy teljesítménye és kiváló sugárminősége gyors vágást tesz lehetővé, növelve a termelékenységet.

√Minimális (HAZ) hőhatás{0}}zóna, kevesebb hőt tud termelni, mint más lézertípusok, így tisztább vágásokat és kisebb hőtorzítást eredményez.

√Sokoldalúság, sokféle alumínium vastagságú és ötvözet vágására képes.

 

Az alumínium lézeres vágásának szempontjai

 

Az alumínium anyagokon végzett hangos lézervágásban kevés nagyon kritikus tényező játszik szerepet, és a kezelőknek mindig figyelembe kell venniük a következő szempontokat:

 

√Segédgáz opció, a nitrogént gyakran előnyben részesítik az alumínium vágásához, mert oxidmentes -vágásokat eredményez, míg az oxigént gyakran használják vastagabb anyagokhoz, de oxidált éleket eredményezhet. A nitrogén hátránya a költség.

√Fókuszpont, bölcs dolog, ha a tömeges vágás megkezdése előtt megpróbálja az élességállítást az anyag felületéhez viszonyítva, és egy tapasztalt kezelő mindig megpróbálja beállítani a pozitív vagy negatív fókuszt, ami néha javíthatja a vágás minőségét.

√A vágási sebesség kulcsfontosságú a vágási sebesség és a teljesítmény közötti megfelelő egyensúly megtalálásához, mivel az alacsony sebesség túl sok hőbevitelt generálhat, míg a nagy sebességnél előfordulhat, hogy nem éri el a teljes áthatolást.

√Tisztaság, a kezelőnek mindig meg kell győződnie arról, hogy az alumíniumlemezek tiszták és mentesek az olajoktól vagy szennyeződésektől, amelyek befolyásolhatják a vágás minőségét.

√Hőkezelés, időszakos lehűlési idő{0}}az anyag deformálódását okozó hőfelhalmozódás megelőzése érdekében.

√Élminőség, a kezelőnek módosítania kell a paramétereket, ha olyan problémákat észlel, mint a salakképződés vagy a túlzott olvadás.

 

Az alumínium lézervágásával kapcsolatos minőségi problémák

 

 

Kevés fejfájást okoz az alumínium anyagok lézervágása a csövek, lapok vagy lemezek fonnyadásakor, és ha megérti ezeket az akadályokat, akkor az optimális eredményt érhet el, miközben minimálisra csökkenti a fémvágás költségeit.

 

√A fényvisszaverő képesség szinte az elsődleges kihívás az alumínium lézeres vágásakor, mert visszaverődést is okozhat, ami károsíthatja a gépet. Az alumínium természetesen visszaveri a lézersugár jelentős részét, ami csökkentheti a vágási hatékonyságot és potenciálisan károsíthatja a lézerrendszert, ha nem megfelelően kezelik. Ez a visszaverőképesség speciális lézertípusok és teljesítményszintek használatát teszi szükségessé a hatékony vágás érdekében, és emiatt a szálas lézer nagyon népszerű választás.

√A hővezető képesség, a jó hővezető képesség meglehetősen nehézkessé teszi a lézeres vágást, mert az anyag gyorsan elvezeti a hőt, ami megnehezítheti a precíz vágásokhoz szükséges lokalizált olvasztás elérését. Ezért a jó hővezető képesség szélesebb vágásszélességekhez és potenciális hő{1}}zónákhoz vezethet a vágott élek körül.

√Az oxidréteg, az alumínium felületeken képződő vékony oxidréteg általában zavarja a lézeres-vágási folyamatot, és magasabb az olvadáspontja, mint magának az alumíniumnak, ami inkonzisztenciát okozhat a vágás minőségében, vagy további erőt igényel a behatoláshoz.

√Molekulaszerkezete, képlékeny molekulaszerkezete néha kevésbé kívánt élminőséghez vezethet, és gyakran az élen sorja keletkezik, vagy enyhe olvadó hatást mutat a vágott élek mentén, ezért bizonyos igényes projekteknél utófeldolgozásra van{0}} szükség.

 

Rozsdamentes acél

 

 

√ Teljesítménybeállítás a rozsdamentes acél anyagvastagságától és típusától függően, és fontos, hogy a lézerrel vágott furat koaxiális legyen a fúvóka középpontjával. A népszerű energiaellátási lehetőség a következőképpen jelenik meg:

1. Vékony lemez (1-3mm), 1000-2000W teljesítmény nitrogénvédelemmel a termikus deformáció megelőzésére

2. Közepes lemez (10-25 mm), 4000-6000 W teljesítmény ajánlott, és oxigént használnak a salakhibák csökkentésére

‌3. Extra thick plate (>50 mm): 12000 W + teljesítmény szükséges többszörös perforációs technológiával kombinálva, miközben szabályozza a gáznyomás stabilitását a kúpos helyzet csökkentése érdekében.

 

√ A fúvóka mérete meghatározza a bemetszést bejutó gázáram alakját, a gázdiffúziós területet és a gáz áramlási sebességét, ezáltal befolyásolja az olvadékeltávolítás és vágás stabilitását. A bemetszésbe belépő légáram nagy, sebessége gyors, és a munkadarab megfelelő pozíciója a légáramlásban, annál erősebb a permetezési képesség az olvadt anyag eltávolítására. Minél vastagabb a rozsdamentes acél, annál nagyobb fúvókát kell használni, annál nagyobb az arányos szelep beállítás, és minél nagyobb az áramlási sebesség, biztosítható-e a nyomás és a normál metszethatás csökkenthető. A különböző vastagságú rozsdamentes acél vágásához ajánlott fúvókaátmérő a következő:

1. 1mm, φ1,0 mm

2. 2-3mm, φ1,5 mm

3. 3-5mm, φ2,0 mm

4. 5-10mm,φ 3,0 mm +

 

√ A segédgáz típusát, az oxigént, a nitrogént és a levegőt általában a rozsdamentes acél lézeres vágásához használják, és mindegyik eltérő hatással van a vágás minőségére. Az oxigén exoterm reakción megy keresztül, további hőt adva a vágási felülethez, ami simább vágási élt biztosít, azonban sárga árnyalatú vágási élt hoz létre. A nitrogén képes megőrizni a rozsdamentes acél eredeti színét az oxidációtól, és a nitrogénnel történő vágás szűk vágásszélességet eredményez az exoterm oxidációs reakció hiánya miatt, így nagyobb nitrogénnyomás szükséges ahhoz, hogy az olvadt fémet az alsó résből eltávolítsák. Ezért a nitrogén az előnyben részesített segédgáz a rozsdamentes acél vágásához. A segédgázt koaxiálisan irányítják a munkadarabra a lézersugár mellett, és fő célja az olvadt anyag eltávolítása a vágásból, és megakadályozza a salakképződést.

 

√ A fókuszpozíció, a különböző lemezvastagságok és a rozsdamentes acélminőségek eltérő fókuszpozíciót igényelnek. Vágás előtt megmérjük a tényleges nulla fókuszt, és a vágási folyamat paramétereinek tesztelése és elemzése a nulla fókuszt tekintve mérhető. A negatív defókusz a fő folyamatválasztási irány a rozsdamentes acél vágásánál. Vastag lemezek vágásakor a fókuszt a lemezen belül kell beállítani (általában a lemez vastagságának 1/3-1/4-e), hogy optimalizáljuk az energiaelosztást.

 

√ A frekvenciabeállítás, a nagy{0}frekvenciás vágás (400-500 Hz) csökkentheti a salakmaradványokat és javíthatja a vágási minőséget vékony lemezek és nagy pontosságú munkadarabok esetén. Közepes vastagságú lemezek (6-10 mm) vágásakor a frekvencia 200-300 Hz-re csökkentése javíthatja a vágás minőségét, ha a 100 Hz-re állítás vágási hibát okoz.

 

√ Munkaciklus, 53% a kritikus érték. Ha továbbra is csökkenti a terhelhetőséget, akkor az alsó felületen hiányos vágás nyomai lesznek, a munkaciklus 60%-ra nő, és a szakasz durva és réteges lesz. Az impulzus-terhelési ciklus a nyaláb besugárzási idejének arányára vonatkozik az egyes impulzusokban.

 

Szénacél

 

 

A szénacél lézeres vágásához általában meghatározott teljesítménytartományra, az acél vastagságára és a fúvóka átmérőjére van szükség, és az alábbiakban egy népszerű rögzített paraméter beállítást talál, amelyet sok gyártó választott:

 

√Acél vastagság: 1,0-3,0 mm 1-2 Kw fúvókával 1,0-1,5 mm

√Acél vastagság: 3,0-6,0 mm 2-4 Kw 1,5-2,0 mm fúvókával

√Acél vastagság 6,0-10,0 mm,4-6 Kw fúvókával 2,0-2,5 mm

√A fenti acélvastagság 6K+ Kw teljesítményt igényel, és a fúvóka mérete gyakran nagyobb, mint 2,5 mm.

 

Szénacél lézeres vágási szempontok

 

8 mm-es szénacél lemez

A lézeres vágás legjobb folyamatparamétereinek meghatározásánál általában számos kulcsfontosságú tényezőt kell figyelembe vennünk, beleértve a lézerteljesítményt, a vágási sebességet, a gáz típusát, a fúvóka méretét és nyomását. Ezen paraméterek megfelelő beállításával optimalizálható a szénacél lemezek lézeres vágási hatása, javítható a gyártási hatékonyság és a vágási minőség. Ezenkívül a különböző vágási minták befolyásolják a vágási folyamat paramétereinek kiválasztását és beállítását, ami viszont befolyásolja a vágási sebességet és minőséget. A kezelőnek meg kell értenie, hogy a kísérleteket és az optimalizálási paramétereket a tömeges vágás előtt meg kell határozni. Ugyanakkor folyamatos próbálkozásokkal, optimalizálással fokozatosan gyűjthetjük a tapasztalatokat, javíthatjuk a vágás pontosságát és hatékonyságát. Kísérletsorozat után megkaphatjuk az optimális folyamatparamétereket a 8 mm vastag szénacél vágására alkalmas közepes teljesítményű{5}}szálas lézervágó géphez. Ezután alaposan megvizsgáljuk a 8 mm-es és 3 mm-es szénacél lézeres vágásának kiválasztását és beállításait.

 

√Lézer típusa: szálas lézer

√Vágási sebesség: 13mm/s

√Teljesítmény: 5Kw

√Fókuszpozíció: +3.2mm

√Fúvóka mérete: 2,3 mm

√Segédgáz: oxigén

√Gáznyomás 0,04 MPa.

√Perforációs frekvencia: 80HZ.

 

3 mm-es szénacél lemez

√Lézer típusa: szálas lézer

√Vágási sebesség: 70mm/s

√Teljesítmény: 3Kw

√Fókuszpozíció: +2mm

√Fúvóka mérete: 2,3 mm

√Segédgáz: oxigén

√Gáznyomás 0,35 MPa.

√Perforációs frekvencia: 300HZ.

 

Ipari alkalmazásokban a CO2 lézer vágási szélessége általában körülbelül 0,2-0,3 mm, ami különösen alkalmas közepes és vastag lemezek vágására, valamint függ a lézervágás típusától és az acél anyagvastagságától is. Az oxigénsegéd növeli a vágás szélességét, de növeli a sebességet, és a nitrogén lézeres vágás élei tiszta, salak{4}}mentesek, míg az oxigénsegéd másodlagos csiszolást igénylő sorja keletkezik.

Réz és sárgaréz

 

 

A réz és a sárgaréz nagy fényvisszaverő képessége, vezetőképessége és sokoldalúsága egyedi kihívások elé állítja a lézeres vágást, és a két fő tényező a visszaverőképesség és a hővezető képesség, amelyek befolyásolják a lézervágás hatékonyságát és pontosságát. A szálas lézert széles körben használják ezeknek a kihívásoknak a leküzdésére, és a kezelőnek a következő paramétereket kell figyelembe vennie, amikor fényvisszaverő fémeken, például rozsdamentes acélon, alumínium réz és sárgaréz lézervágását végzi:

 

√Az 1 μm-es hullámhossz, amelyet jól-elnyelhetnek a visszaverő fémek, például a réz, az alumínium és a rozsdamentes acél, általában ajánlott a szálas lézerekhez.

√Teljesítmény és impulzus, nagyon ésszerű a lézerteljesítmény és az impulzus időtartamának beállítása a vágási folyamat optimalizálása érdekében a túlzott hőképződés és a visszaverődés elkerülése érdekében. Vékony rézlemezek esetén az impulzusos átszúrási technika lehet hatékony, és ez magában foglalja a lézerteljesítmény fokozatos növelését rövid impulzusok során, amíg az anyagot át nem szúrják, elkerülve a hiányos vágásokat és salakképződést.

√A segédgáz, a nitrogén és az oxigén gyakoriak a fényvisszaverő fémek lézeres vágásakor, és segíthetnek elfújni az olvadt anyagot és megakadályozni a visszaverődést.

√Fókuszáló optika, létfontosságú annak biztosítása, hogy a fókuszáló optika tiszta és megfelelően be van állítva a visszaverődés minimalizálása és a vágási hatékonyság optimalizálása érdekében.

√A sugártovábbítás, a fényvisszaverő bevonattal ellátott, kiváló minőségű{0}}sugártovábbítási rendszerek segíthetnek minimalizálni a visszaverődést.

√A vágási paraméterek, például sebesség, teljesítmény és gyújtótávolság kalibrálása a kívánt vágási minőség elérése érdekében túlzott visszaverődés vagy hőfelhalmozódás nélkül, valamint a kis léptékű próbavágás erősen ajánlott a tömeggyártás megkezdése előtt.