Дали машината за резање со влакнест ласер може да обработува дебели плочи со дебелина поголема од 30 мм?

Ограничувања на дебелината кај машините за ласерско резање со влакнест ласер: од теорија до реална можност

Како ултра-високо-моќните влакнести ласери (12–30 kW) ги преопределија резањето на дебели плочи

Во денешно време, машините за резање со влакнест ласер можат доста сигурно да обработуваат плочи со дебелина поголема од 30 мм, што е можно благодарение на супер моќните ласерски извори со моќност од 12 до 30 kW кои сега се достапни. Кога ќе ги разгледаме конкретните бројки, машините кои работат со моќност од 30 kW можат да режат челични плочи од нелегиран челик со дебелина до 80 мм и нерѓосувачки челик со дебелина до околу 70 мм. Ова можност значи дека многу производители повеќе не мора да се ослањаат на резање со плазма или резање со кислород и гориво за изработка на конструктивни делови. Ова не е можно само поради големата моќност, туку и поради подобрувањата во квалитетот на ласерскиот зрак, поумните системи за управување со топлината и поефикасното испорачување на енергијата до материјалот што се реже. На пример, разликата помеѓу системите од 30 kW и 15 kW при работа со плочи од нелегиран челик со дебелина од 25 мм е таква што верзијата со поголема моќност завршува задачата приближно 40 проценти побргу. Додека тоа е потврдено и со тестови во вистински производствени средини, каде што овие системи задржуваат постојана брзина на резање од 0,8 метри по минута дури и при резање на плочи со дебелина од 40 мм, кога како помошен гас се користи азот.

Физички основи: Густина на моќноста, квалитет на зракот (BPP) и топлинските својства на материјалот

Постигнувањето добри резултати при сечење на дебели плочи навистина зависи од одржувањето доволна густина на моќност, измерена во вати по единица површина на ласерскиот точка, што значи дека треба да има низок Производ на параметрите на зракот (BPP). Кога зборуваме за квалитет на зракот под 2,5 mm·mrad, тоа помага зракот да остане фокусиран подлабоко во материјалот, па така ивиците остануваат прави, дури и над ознаката од 30 мм. При работа со челик со содржина на јаглерод, додавањето на кислород предизвикува корисни егзотермни реакции кои го олеснуваат процесот на сечење. Со нерѓосувачкиот челик работата е друга: тука е потребен чист азот за спречување на непожелното таложење на шлака и за справување со неговата рефлективност. Алуминиумот претставува уште еден предизвик, бидејќи одлично го проводи топлината, па затоа повеќето работилници имаат тешкотии со сечење на дебелини поголеми од околу 35 мм, дури и со машини од 30 kW кои работат на максимална моќност. Истовремено, она што се случува во текот на процесот на стопување исто така е важно: фазните промени влијаат врз количината на енергија која се апсорбира, создавајќи зони влијани од топлината (HAZ), кои кај делови од нерѓосувачки челик со дебелина од 50 мм можат да достигнат длабочина од околу 1,5 мм. Ова значи дека операторите мораат внимателно да балансираат како температурното управување, така и оптичките поставки, за да добијат конзистентни резови.

Специфична за материјалот перформанса на фибер ласер машината за резење на плочи со дебелина ≥30 мм

Челик со содржина на јаглерод: До 80 мм при 30 kW – користејќи егзотермна оксидација

Кога станува збор за челик со содржина на јаглерод, максималната дебелина што може да се исече изнесува околу 80 мм кога се користи систем од 30 kW, благодарение на процесот на егзотермна оксидација. Техниката вклучува помош со кислород кој го започнува вид на непрекината топлинска реакција. Ова што е интересно е дека самата метална површина ослободува некоја енергија во текот на процесот, па затоа не ни треба толку многу моќ од ласерот сам по себе. Поради овој ефект, операторите обично постигнуваат доста стабилни брзини на резење од 0,3 до 0,8 метри по минута. Друг предност е дека по резењето останува мала количина шлака. Ова има големо значење за производството на конструктивни компоненти, бидејќи тие често не бараат многу работа по завршувањето, што штеди време и пари за завршните постапки.

Нерѓослив челик и алуминиум: горни граници од 70 мм и околу 35 мм – предизвици поврзани со рефлексивноста и шлаката

Кога работите со нерѓосувачки челик, постои основно ограничување околу 70 мм дебелина пред да почнат да се појавуваат проблеми. Материјалот формира слоеви од хром оксид и губи рефлективност над 40%, што значи дека операторите мораат внимателно да ги контролираат нивоата на азотен притисок и значително да го забават процесот на резање. На пример, при дебелина од 50 мм брзините падаат на само 0,2 метри по минута за да се задржи интегритетот на рабовите. Алуминиумот претставува сосема други предизвици. Неговата висока топлинска дифузивност, во комбинација со лесното прилепување на стопената шлака, прави доверливи резови тешки над околу 35 мм, дури и кога машините работат на максимална моќност, како што е 30 kW. Секој кој работел со овие материјали знае дека обидот да се надминат овие граници обично завршува лошо. Секогаш ќе има компромиси помеѓу брзината на извршување на задачата, квалитетот на рабовите и справувањето со остатоците од шлака, освен ако подоцна не се воведат дополнителни финални постапки.

Критични параметри за резање за сигурна обработка на дебелина ≥30 мм на ласерска машина за резање со влакна

Стратегија за помошен гас: кислород спротиву азот – притисок, чистота и динамика на проток

Изборот на соодветниот гас има големо значење при работа со дебели плочи. Чистиот кислород (над 99,5%) работи одлично за јаглероден челик бидејќи создава онези корисни егзотермни реакции, иако тоа носи и поголем ризик од оксидација. За нерѓослив челик е потребен азот под притисок над 25 bar за добивање чисти рабови слободни од оксиди, но алуминиумот предизвикува проблеми за сите поради својата рефлекторна природа. Одржувањето на ламинарен проток на гас помага во одржувањето на стабилни режења и намалува варијациите во аглите на наклонот. Кога протокот станува турбулентен, течниот материјал едноставно не се исфрла соодветно. Производителите кои следат гасни поставки испробани во индустријата имаат околу 40% помалку отпадок (дроз) прилепнат кон нивните делови во споредба со стандардните фабрички подразбирања. Овој вид прецизност има големо значење во производствените средини каде што последователноста е од клучно значење.

Брзина, положба на фокусот и модулација на импулсите за контрола на отпадокот и аголот на наклонот

Три меѓусебно поврзани параметри го определуваат квалитетот на резот кај дебелите делови:

• Брзина на сечење мора да остане ≥0,8 м/мин за челик со содржина на јаглерод од 30 мм за да се осигура целосно отстранување на стопената маса;
• Фокусна позиција обично се поставува на една третина од длабочината во материјалот за да се максимизира густината на енергијата во основата на резот;
• Модулација на импулсите , со врвна моќност >2× просечната моќност, намалува зоната на термичко влијание (HAZ) за 30 % и стабилизира фронтот на резењето.

Одстапувањата значително влијаат на резултатите: недоволната модулација го зголемува лепењето на шлаката за 60 %; погрешното поставување на фокусот го зголемува наклонот на резот над 5° — и двете ги зголемуваат трошоците за постпроцесирање.

Практични ограничувања и компромиси при индустриско ласерско резење на дебели плочи со влакнест ласер

Стабилност на пробивањето спротивно на квалитетот на рабовите: парадоксот на моќноста кај примени со дебелина поголема од 30 мм

Користењето на високи нивоа на моќност од околу 20 до 30 kW сигурно го врши работата при пробивање на дебели челични плочи со дебелина над 40 мм, но постои и негативна страна. Сите овие дополнителни вати создаваат повеќе топлина, што води до проблеми како оксидација на металните површини и нерамномерни рабови по сечењето. Повеќето искуствени оператори всушност го намалуваат параметарот за моќност за околу 15 до 20 проценти веднаш кога ќе започнат со обработката на варлив челик со дебелина од 45 мм. Ова помага да се одржат прави резови и да изгледа добре завршната површина. Дури и со техниките за импулсна модулација за контрола на топлината, сепак се соочуваме со мерки на неравномерност на површината над 25 Ra, освен ако не извршиме дополнително брлиње по резењето. Едноставно не може да се избегне компромисот помеѓу доверлив процес на резење и постигнување на оние совршени стандарди за завршна обработка кои сите ги барaat.

Топлински влијаната зона (HAZ), конусност на резот и последици за постобработка

Ласерското сечење на дебели плочи воведува постојани топлински ефекти кои влијаат врз подоцнежните операции:

• Длабочина на зоната со променета микроструктура (HAZ) достига до 1,5 мм кај нерѓослив челик со дебелина од 50 мм, што потенцијално менува механичките својства во близина на ивицата на сечењето;
• Наклон на ширината на сечењето (Kerf taper) варира од 2–5°, што бара компензација со софтвер и ограничува прецизноста на совпаѓањето при монтажата;
• Прилепување на отпадокот од сечењето (Dross adhesion) може да надмине 0,3 мм во долниот третински дел на сечењето, особено кај нерѓослив челик и алуминиум.

Времето за обработка неизбежно се зголемува кога се работи со овие предизвици. Брушењето на тие површини на резови обично го намалува вкупното време на циклусот за 15 до 25 проценти. И не заборавајте го отстранувањето на напрегнатоста преку термичка обработка (анеалирање), што често станува неопходно само за да се спречи деформирање на деловите по машинската обработка. Дури и кога работилниците ќе употребат напредни техники како динамичко следење на фокусот или промена на гасовите во различните фази, сепак не може да се избегнат онези досадни топлински напрегнатости кај материјали со дебелина поголема од 40 мм. Затоа многу производствени работилници се држат на својот стар начин на работа: комбинирање на ласерско сечење за почетните форми, а потоа традиционална машинска обработка за завршната обработка на структурните компоненти.