Лазерне різання металу

Галузеві тенденції показують, що виробники металу все частіше вибирають більш потужні лазери для різання. Два роки тому найбільш поширені рівні потужності варіювалися від 1500 до 2000 Вт. Однак статистичне опитування, проведене групою продуктів «Лазерні системи AMT», показує, що протягом останніх 12 місяців кількість установок для потужних лазерних систем потужністю від 3000 до 4000 Вт неухильно зростала, а продажу лазерів з рівнем потужності менш як 2000 Вт знижувалися. , Зовсім недавно північноамериканський ринок зазнав інтерес до рівнів потужності лазера від 4000 до 6000 Вт. «Лазерне різання металу»

Сьогодні деякі досвідчені виробники переходять до придбання більш високих рівнів потужності для своїх других систем, щоб розширити сферу лазерного різання своїх підприємств в більш товсті діапазони матеріалів. Деякі нові користувачі лазерів купують більш потужні системи, щоб відрізнятися від своїх конкурентів. Ці користувачі можуть не мати додатки, що вимагає високої потужності, але вони готові використовувати ринкові можливості, які існують для цієї роботи.

У цій статті представлені деякі технічні аспекти, пов’язані з потужної лазерної різкою товстого перетину, а також розглядаються області застосування і сегменти ринку для цієї технології.

Різка нержавіючої сталі

Потужні лазери можуть обробляти товсту нержавіючу сталь з неоксідним краєм. Таким чином, лазер потужністю 6000 Вт може обробляти до 11/4-дюймової нержавіючої сталі. У цій заявці азот високого тиску зазвичай використовується в якості допоміжного газу. При різанні під високим тиском або інертним газом основна функція допоміжного газу полягає в тому, щоб захистити ріжучий край від скупчення оксиду і швидко і чисто продути розплавлений матеріал через пропил, перш ніж він прилипне до краю і утворює задирок.

Інертний газоподібний азот виконує незначну функцію, сприяючи процесу горіння матеріалу. Це відрізняється при різанні реактивним газом, для якого допоміжний газ – зазвичай кисень – забезпечує достатню кількість енергії, використовуваної для спалювання матеріалу. При різанні інертним газом лазер забезпечує майже всю енергію, необхідну для пропалювання матеріалу.

Допоміжний азотний газ подається в сопло, співвісно з сфокусованим лазерним променем. Газ тече через отвір сопла і опускається в пропив з високою швидкістю. Фокус променя – найпотужніша частина – знаходиться глибоко в матеріалі. Це дозволяє верхній частині пропила стати ширше, збільшуючи потік лазерного газу вниз в розріз.

Наконечник високого тиску використовується для азотної газового різання. Цей пристрій призначений для максимізації швидкості і сили, з якою допоміжний газ виходить з сопла. Тиск допоміжного газу зазвичай варіюється від 300 до 400 фунтів на квадратний дюйм (PSI) при різанні товстої нержавіючої сталі. Розріджувач з нержавіючої сталі можна різати з тиском в нижніх діапазонах від 100 до 200 фунтів на квадратний дюйм.

Відсутність оксидного шару або чорніння на ріжучої кромці лазера означає, що нержавіючі деталі можна зварювати без інтенсивного шліфування. Для забезпечення цілісності зварного шва оксидний шар повинен бути вилучений з деталей, які ріжуться за допомогою кисневого газу.

Вторинне шліфування може займати багато часу, особливо на більш товстої нержавіючої сталі, з якої має бути видалено значну кількість забрудненого оксидом краю. Оскільки більша частина цього шліфування виконується вручну, деталі можуть бути складними для складання та кріплення для зварювання. В результаті цієї невідповідності ці деталі часто буває важко зварювати вручну і практично неможливо зварювати роботом.

Деталі, нарізані азотом, мають блискучий яскравий край і можуть відразу перейти до зварювання, як тільки вони будуть зняті з машини. Готові деталі мають квадратні краю без конуса і не мають задирок. Ніяких переробок деталей не потрібно; вони просто витягуються з верстата для лазерного різання і передаються в наступний осередок для додаткових операцій.

Малюнок 1

Потік газу під високим тиском також допомагає охолоджувати деталь. Це, в поєднанні з дуже маленьким, але концентрованим розміром плями лазера, призводить до меншої зоні термічного впливу (ЗТВ) (див. Малюнок 1 ).

Ємність і Продуктивність. Використовуючи лазер потужністю від 4000 до 6000 Вт, можна обробляти нержавіючу сталь товщиною 3/4 і 1,0 дюйма з конкурентоспроможною швидкістю подачі. Хоча швидкості подачі часто не такі високі, як у плазми, вторинні операції, пов’язані з плазмою, зменшуються або виключаються.

У тих випадках, коли невелика ЗТВ лазера може як і раніше представляти проблему, деякі виробники вважають економічно вигідним спочатку розрізати заготовку на лазері, а потім обрізати деталь за допомогою фрези. Лазер використовується для чорнової обробки деталі з більш високою швидкістю подачі, ніж могла б досягти млин або електроерозійна обробка (EDM), звільняючи ці машини для роботи з доданою вартістю.

Лазер потужністю 6000 Вт також швидко і якісно ріже більш тонкий матеріал. Наприклад, нержавіюча сталь товщиною 0,160 дюйма може оброблятися в три рази швидше за допомогою лазера потужністю 6000 Вт, ніж з лазером потужністю 2000 Вт. Один і той же матеріал можна різати більш ніж в два рази швидше за допомогою лазера на 6000 Вт, ніж з лазером на 3000 Вт.

Операційні витрати. Експлуатаційні витрати на переробку товстої нержавіючої сталі повинні бути ретельно вивчені. Погодинні витрати на обробку нержавіючої сталі розміром від 1/2 до 1-1 / 4 дюйма за допомогою лазера потужністю 6000 Вт можуть досягати 120 доларів за годину. При обробці нержавіючої сталі азотом використовуються великі обсяги допоміжного газу азоту, тому понад 90 відсотків часових експлуатаційних витрат пов’язано з використанням допоміжного газу. Менше 10 відсотків експлуатаційних витрат покриваються фактичними витратами на експлуатацію і обслуговування лазера.

Спочатку витрати можуть здатися високими, але для обгрунтування використання лазера необхідний підхід до оцінки вартості такого роду робіт. Хоча вартість обробки товстих нержавіючих деталей за допомогою лазера, як правило, вище, ніж лазерна обробка вуглецевої сталі, товсті нержавіючі деталі, вирізані лазером, зазвичай представляють собою деталі, які можуть бути вирізані тільки за допомогою більш дорогих процесів, таких як механічна обробка і електроерозійна обробка дроту. Виняток більшості вторинних операцій і операцій з доданою вартістю, таких як шліфування і видалення задирок, зазвичай компенсує цю вартість.

Подальша економія часу може бути знайдена нижче у вигляді зменшення часу фіксації і поліпшеною збірки після лазерної обробки. У багатьох випадках швидкості подачі, що досягаються за допомогою лазера, також дозволяють виробляти деталі швидше, тому загальний час циклу скорочується.

Наприклад, деталь з нержавіючої сталі товщиною 3/4 дюйма, яка оброблялася на фрезерному верстаті за 100 хвилин, може оброблятися на ріжучої системі потужністю 6000 Вт за 18 хвилин. Крім того, деталь, виготовлена ??на лазері, не вимагає додаткових операцій. Оскільки деталь витрачає менше часу на машину, вона виробляється з меншими витратами, і машина звільняється для виконання додаткових робіт.

Різка вуглецевої сталі

Інше застосування для потужних лазерів – різання вуглецевої сталі. Лазер на 4000 Вт може обробляти вуглецеву сталь товщиною до 1,0 дюйма, а лазер на 6000 Вт може обробляти вуглецеву сталь товщиною 1-5 / 8 дюймів.

Кисень завжди використовується для обробки пластини в цьому діапазоні товщини матеріалу. При обробці товстої вуглецевої сталі основна функція кисню полягає в тому, щоб допомогти спалити лист. Це також допомагає викинути розплавлений матеріал. Як правило, тиск і обсяг допоміжного газу є дуже низькими. Наприклад, від 6 до 8 фунтів на квадратний дюйм кисню зазвичай використовують для обробки пластини товщиною 1-5 / 8 дюймів.

Як і при різанні інертним газом, допоміжний газ (кисень) протікає через отвір в соплі і опускається в проріз. Хоча для витікання розплавленого матеріалу з пропила потрібен постійний потік допоміжного газу, занадто високий тиск допоміжного газу призводить до неконтрольованого горіння. Як тільки процес горіння запущений, для підтримки процесу горіння потрібно дуже мало допоміжного газу.

Однак розплавлений матеріал все ще повинен бути очищений потоком допоміжного газу. Якщо використовується стандартне сопло, ударні хвилі в стовпі допоміжного газу призведуть до того, що кромка зрізу буде дуже опуклою і вибитою. Сопла з кільцевим потоком можуть запобігти цій проблемі, і вони більш детально обговорюються далі в цій статті.

Ссылка на основную публикацию