Laserskärning

Metalllaserskärning har vunnit stor popularitet i alla branscher på grund av dess ‌precision‌, ‌effektivitet‌, ‌mångsidighet‌ och ‌kostnads-effektivitet. En av de stora fördelarna är att det avsevärt kan minska verktygskostnaderna genom att ‌eliminera formar‌, ‌minimera materialavfall‌ och ‌förbättra produktionsflexibiliteten‌, och nedan är en kort lista över fördelarna:

 

 

Funktioner för laserskärning av olika metallmaterial

 

Aluminium

Tjocklek: vanligtvis upp till ‌20 mm‌ med fiberlasrar med hög-effekt (större än eller lika med 6 kW), tunna plåtar (1–6 mm) ger den bästa kvaliteten

Spårbredd: ‌0,1–0,3 mm‌, påverkad av materialreflektivitet och hjälpgas (kväve föredras för att undvika oxidation) ‌Tolerans‌: ±‌0,05–0,1 mm‌ för tunna plåtar; tjockare material (±0,15 mm) på grund av termisk distorsion.

Skärkvalitet‌, släta kanter med minimalt slagg vid användning av kväve.

Risk för ‌oxidation‌ med syrgashjälp, som kräver efterbearbetning-.

Fiberlasrar erbjuder ganska få fördelar som gör dem till ett föredraget metallskärningsalternativ för aluminium:

 

√Hög-effekttäthet, fokusera sin energi på en mycket liten plats, vilket möjliggör effektiv skärning även med reflekterande material som aluminium.

√Snabb skärhastighet, den höga effekten och utmärkta strålkvaliteten hos fiberlasrar möjliggör snabb skärning, vilket ökar produktiviteten.

√Minimerad (HAZ) värmepåverkad zon-, den kan producera mindre värme än andra lasertyper, vilket resulterar i renare skär med mindre termisk distorsion.

√Mångsidighet, den kan skära ett brett utbud av aluminiumtjocklekar och legeringar.

 

Överväganden för laserskärning i aluminium

 

Det finns få mycket kritiska faktorer involverade i ljudlaserskärning på aluminiummaterial, och operatörerna ska alltid beakta följande aspekter:

 

√Alternativ gas, kväve är ofta att föredra för att skära aluminium eftersom det ger oxidfria-snitt, samtidigt används syre ofta för tjockare material men kan resultera i en oxiderad kant. Nackdelen med kväve är kostnaden.

√Fokuspunkt, det är klokt att pröva fokusläget i förhållande till materialytan innan massskärningen startar, och en erfaren operatör prövar alltid justering för positivt eller negativt fokus kan ibland förbättra skärkvaliteten.

√Skärhastighet, för att hitta rätt balans mellan skärhastighet och kraft är avgörande eftersom låg hastighet kan generera för mycket övervärme, medan hög hastighet kanske inte uppnår full penetration.

√Renlighet, operatören ska alltid se till att aluminiumplåtarna är rena och fria från oljor eller föroreningar som kan påverka skärkvaliteten.

√Termisk hantering, periodiska nedkylningsintervall- för att förhindra värmeuppbyggnad som kan orsaka materialdeformation.

√Kantkvalitet, operatören ska justera parametrar om han märker problem som slaggbildning eller överdriven smältning.

 

Kvalitetsproblem med laserskärning av aluminium

 

 

Det finns få huvudvärk kring laserskärning av aluminiummaterial som vissnar om det är rör, plåtar eller plåtar, och om du kan förstå dessa hinder kan det hjälpa dig att uppnå optimala resultat samtidigt som du minimerar dina metallskärningskostnader.

 

√Reflekteringsförmåga, det är nästan den primära utmaningen vid laserskärning av aluminium eftersom det också kan orsaka bakreflexer som skadar maskinen. Aluminium reflekterar naturligt en betydande del av laserstrålen, vilket kan minska skärningseffektiviteten och potentiellt skada lasersystemet om det inte hanteras på rätt sätt. Denna reflektionsförmåga kräver användning av specifika lasertyper och effektnivåer för att säkerställa effektiv skärning, och på grund av detta problem är fiberlaser ett mycket populärt val.

√Värmeledningsförmåga, den goda värmeledningsförmågan gör laserskärning ganska utmanande eftersom materialet snabbt avleder värme, vilket kan göra det svårt att uppnå den lokaliserade smältning som krävs för exakta skärningar. Därför kan den goda värmeledningsförmågan leda till bredare skärbredder och potentiella värmepåverkade-zoner runt skärkanterna.

√Oxidskiktet, det tunna oxidskiktet som bildas på aluminiumytor stör vanligtvis laserskärningsprocessen-, och det har en högre smältpunkt än själva aluminiumet, vilket kan orsaka inkonsekvenser i skärkvaliteten eller kräva ytterligare kraft för att penetrera.

√Molekylstruktur, dess formbara molekylära struktur kan ibland leda till mindre önskad kantkvalitet, och ofta uppvisar kanten grader eller uppvisar en lätt smälteffekt längs skurna kanter, efter-bearbetning krävs för vissa krävande projekt.

 

Rostfritt stål

 

 

√ Effektinställning, beroende på materialtjocklek och typ av rostfritt stål, och det är viktigt att det laserskurna hålet är koaxiellt med munstyckets centrum. Populärt kraftalternativ indikeras enligt följande:

1. Tunn platta (1-3mm), 1000-2000W effekt med kväveskydd för att förhindra termisk deformation

2‌. Medium platta (10-25 mm), 4000-6000W effekt rekommenderas, och syre används för att minska slaggdefekter

‌3. Extra thick plate (>50mm): 12000W + effekt krävs i kombination med multipelperforeringsteknik, samtidigt som gastrycksstabiliteten kontrolleras för att minska avsmalningssituationen.

 

√ Munstycksstorlek, den bestämmer formen på gasflödet som kommer in i snittet, gasdiffusionsområdet och gasflödeshastigheten, vilket påverkar stabiliteten för borttagning av smälta och skärning. Luftflödet som kommer in i snittet är stort, hastigheten är snabb och arbetsstyckets läge i luftflödet är korrekt, ju starkare sprayförmågan för att avlägsna det smälta materialet. Ju tjockare det rostfria stålet är, desto större munstycket bör användas, desto större proportionell ventilinställning, och desto större flödeshastighet, kan trycket säkerställas och den normala sektionseffekten kan skäras. Den rekommenderade munstycksdiametern för skärning av olika rostfria ståltjocklekar är följande:

1. 1mm, φ1.0mm

2. 2-3mm, φ1,5 mm

3. 3-5mm, φ2.0mm

4. 5-10mm,φ 3,0 mm +

 

√ Typ av hjälpgas, syre, kväve och luft används normalt för laserskärning i rostfritt stål, och alla har olika inverkan på skärkvaliteten. Syret kommer att genomgå en exoterm reaktion, vilket tillför ytterligare värme till skärytan vilket ger en jämnare skärkant, men det genererar en gul nyans skärkant. Kväve kan hålla den ursprungliga färgen på rostfritt stål från att oxideras, och skärning med kväve resulterar i en smal skärbredd på grund av avsaknaden av den exotermiska oxidationsreaktionen så högre kvävetryck behövs för att driva ut den smälta metallen från den nedre delen. Därför är kväve den föredragna hjälpgasen för skärning av rostfritt stål. Hjälpgasen riktas koaxiellt mot arbetsstycket vid sidan av laserstrålen och dess huvudsakliga syfte är att driva ut smält material från skäret och förhindra slaggbildning.

 

√ Fokalposition, olika plåttjocklek och rostfria stålkvaliteter kräver olika fokalposition. Innan skärning mäts det faktiska nollfokuset, och test och analys av skärprocessparametrarna kan utföras med nollfokus som riktmärke. Den negativa defokuseringen är den huvudsakliga processvalsriktningen för skärning av rostfritt stål. Vid skärning av tjocka plåtar bör fokus ställas in i plåten (vanligtvis 1/3 till 1/4 av plåttjockleken) för att optimera energifördelningen.

 

√ Frekvensinställning, hög-skärning (400-500 Hz) kan minska slaggrester och förbättra skärkvaliteten för tunnplåt och för arbetsstycken med höga precisionskrav. Vid skärning av medeltjocka plåtar (6-10 mm) kan en minskning av frekvensen till 200-300Hz förbättra skärkvaliteten, om inställning till 100Hz kommer att orsaka skärfel.

 

√ Duty cycle, duty cycle 53 % är det kritiska värdet. Om du fortsätter att minska arbetscykeln kommer det att finnas spår av ofullständig skärning på den nedre ytan, arbetscykeln kommer att öka till 60 % och sektionen blir grov och skiktad. Pulsens arbetscykel hänvisar till andelen av strålbestrålningstiden i varje puls.

 

Kolstål

 

 

Laserskärning av kolstål kräver normalt ett specifikt effektområde, ståltjocklek samt munstycksdiameter, och nedan är en populär fast parameterinställning vald av många tillverkare:

 

√Ståltjocklek: 1,0-3,0 mm 1-2 Kw med munstycke 1,0-1,5 mm

√Ståltjocklek: 3,0-6,0 mm 2-4 Kw med munstycke 1,5-2,0 mm

√Ståltjocklek 6,0-10,0 mm,4-6 Kw med munstycke 2,0-2,5 mm

√Ståltjocklek ovan kräver 6K+ Kw effekt, och munstycksstorleken är ofta större än 2,5 mm.

 

Överväganden för laserskärning av kolstål

 

8 mm kolstålplatta

När vi diskuterar hur man bestämmer de bästa processparametrarna för laserskärning, måste vi normalt ta hänsyn till flera nyckelfaktorer inklusive lasereffekt, skärhastighet, gastyp, munstycksstorlek och tryck. Genom att korrekt justera dessa parametrar kan laserskärningseffekten av kolstålplattor optimeras, och produktionseffektiviteten och skärkvaliteten kan förbättras. Dessutom kommer olika skärmönster att påverka valet och justeringen av skärprocessparametrar, vilket i sin tur påverkar skärhastigheten och kvaliteten. Operatören måste förstå att experiment och optimeringsparametrar måste fastställas innan massskärning. Samtidigt kan vi, genom kontinuerliga försök och optimering, successivt samla erfarenhet och förbättra skärningens noggrannhet och effektivitet. Efter en serie experiment kan vi erhålla de optimala processparametrarna för en laserskärmaskin för medium-fiber för att skära 8 mm tjockt kolstål. Därefter kommer vi att undersöka på djupet urvalet och justeringarna för laserskärning av 8 mm och 3 mm kolstål.

 

√Lasertyp: fiberlaser

√Skärhastighet: 13 mm/s

√Effekt: 5Kw

√Fokusposition:+3.2mm

√Munstyckesstorlek: 2,3 mm

√Hjälpgas: syre

√Gastryck vid 0,04 MPa.

√Perforeringsfrekvens: 80HZ.

 

3 mm kolstålplatta

√Lasertyp: fiberlaser

√Skärhastighet: 70 mm/s

√Effekt: 3Kw

√Fokusposition:+2mm

√Munstyckesstorlek: 2,3 mm

√Hjälpgas: syre

√Gastryck vid 0,35 MPa.

√Perforeringsfrekvens: 300HZ.

 

I industriella applikationer är skärbredden med CO2-laser i allmänhet cirka 0,2 till 0,3 mm, vilket är särskilt lämpligt för skärning av medium och tjocka plåtar, och det beror också på laserskärningstyp och stålmaterialtjocklek. Syrgasassistenten breddar skärbredden men ökar hastigheten, och kvävelaserskärningen kommer att ha rena, slaggfria kanter medan oxygenassistansen genererar grader som kräver sekundär slipning.

Koppar & Mässing

 

 

Den höga reflektionsförmågan, konduktiviteten och mångsidigheten hos koppar och mässing har ställt till unika utmaningar för laserskärning, och de två huvudfaktorerna är reflektivitet och värmeledningsförmåga som påverkar effektiviteten och precisionen vid laserskärning. Fiberlaser används ofta för att övervinna dessa utmaningar, och operatören måste överväga följande parametrar när han utför laserskärning på reflekterande metaller som rostfritt stål, aluminiumkoppar och mässing:

 

√Våglängd, 1 μm våglängd, som kan absorberas väl av reflekterande metaller som koppar, aluminium och rostfritt stål, rekommenderas vanligtvis för fiberlaser.

√Kraft och puls, det är mycket förnuftigt att justera lasereffekten och pulslängden för att optimera skärprocessen för att förhindra överdriven värmeuppbyggnad och reflektioner. För tunna kopparplåtar kan en pulsgenomträngningsteknik vara effektiv, och den innebär att gradvis öka lasereffekten över en serie korta pulser tills materialet är genomborrat, vilket undviker ofullständiga skärningar och slaggbildning.

√Hjälpgas, kväve och syre är vanliga vid laserskärning av reflekterande metaller, och de kan hjälpa till att blåsa bort smält material och förhindra reflektioner.

√Fokuseringsoptik, det är viktigt att se till att fokusoptiken är ren och korrekt inriktad för att minimera reflektion och optimera skäreffektiviteten.

√Strålleverans, högkvalitativa-ljusöverföringssystem med reflekterande beläggningar kan hjälpa till att minimera reflektioner.

√Kalibrering av skärparametrar som hastighet, kraft och brännvidd för att uppnå önskad skärkvalitet utan att orsaka överdriven reflektion eller värmeuppbyggnad, och provskärning i liten skala rekommenderas starkt innan massproduktion startar.