Paksu terase laserlõike: protsessi aknad ja kiire kvaliteedinõuded

10 mm alla on enamik kiudlasere probleeme parameetrite probleemid. Umbes 16 mm üle on need füüsika probleemid.

Selles piirväärtuses muutuvad korraga kolm tegurit:

• Sügav kanal: Lõikekanal muutub sügavaks kanaliks, kus abigas ei suuda enam tõhusalt jõuda kanali põhja.

• Kiire laienemine: Rayleigh’i pikkuse efekt ja kiire laienemine teevad fokaalkoha mõõtmissisuliselt suuremaks 20 mm pinnast allapoole.

• Läbipõlemise riskid: Läbipõlemine – mitte lõikeoperatsioon – muutub operatsiooniks, mis kõige tõenäolisemalt põhjustab osade, nõelade ja kaitseläätsede kahjustumise.

See juhend käsitleb 16–30 mm süsinikterasest ja kõrgtugevusega lehtmete lõikamist, sealhulgas kiirgusparameetrite korrutise (BPP) piiranguid, suurendusoptikat, järkjärgulist läbipõksumist, hapniku dünaamikat, kalduvuse reguleerimist ja sulametallilõikejäägi (dross) vältimist.

Fokuseeritud laserkiir on koonus, mitte silinder. Võimsustihedus 25 mm laiuses lõikes on oluliselt väiksem kui ülaservas ja sulanud metall peab liikuma palju kaugemale enne väljumist. Väike täppsuurus, kõrge lõikeskiirus ja tugev fokuseerimine – mis toimivad hästi õhukesel lehel – takistavad siin just teie tööd.

3 mm paksusel lehel jõuab abigaas lõikepiirkonda kohe. 25 mm paksusel lehel peab gaas liikuma kitsas kanalis, mille seinad on sulanud ja mille laius on sageli alla 1,0 mm. Sõõru staatiline rõhk annab väga vähe teavet dünaamilisest rõhust kanali allosas; paljud „liiga väike laserenergia“ kaebused on tegelikult gaasidünaamika probleemid.

20 mm puhul tähistab 0,3 mm külje kohta tapersust 1,5-protsendilist mõõtmete viga, mille kvaliteedikontroll tuvastab kohe. 3 mm puhul jääb sama viga peaaegu tähelepanuta.

Kiirgusparameetri korrutis (BPP) on poolerinevuskoolitus korrutatud vööndi raadiusega (mõõdetuna mm·mrad-ides). See määrab, kui tugevalt laserkiir saab fokuseerida ja kui kiiresti see laieneb. Erinevalt lähtelaser-võimsusest ei saa BPP-d parandada lihtsalt võimsusmoodulite lisamisega.

1 µm kiudallika puhul on teoreetiline difraktsioonipiir ligikaudu 0,34 mm·mrad. Tegelikud tööstuslikud allikad erinevad oluliselt:

• Kõrgelahkuslikud ühesoonded allikad: ligikaudu 0,3–1,5 mm·mrad

• Standardsete mitmesoondeliste lõikeallikate puhul: ligikaudu 2,0–6,0 mm·mrad

• Vanemad kõrgvõimsused allikad: 8,0 mm·mrad ja suurem

Laigu läbimõõt ja Rayleigh’i pikkus (fookuspiirkonna sügavus) on omavahel seotud läbi BPP. Fikseeritud BPP korral vähendab laigu läbimõõdu poolitamine Rayleigh’i pikkust neljandikku. 0,15 mm läbimõõduga laik sobib ideaalselt 4 mm paksusele roostevabale terasle, kuid 25 mm paksuse plaatide puhul läheb see ühe kolmandiku teel fookusest välja.

Paksude sektsioonide töötlemiseks on vajalik suurem laik ja pikk kasutatav fookuspiirkond, mille saavutamiseks on vajalik parem kiire kvaliteet (väiksem BPP). Kaks masinat, millel on mõlemal deklareeritud võimsus 20 kW, võivad erineda saavutatava paksuseni kuni 100% ainult kiire kvaliteedi tõttu.

Ostja nõuanded: „20 kW“ ei ole täielik spetsifikatsioon. Küsige alati väljund-BPP-d, kiudkera läbimõõtu ja tegelikku laigu läbimõõtu lõikepea kaudu.

Alljärgnev tabel pakub praktilist inseneriraamistikku struktuursete süsinikterastega hapnikulõike jaoks (mitte teoreetilisi maksimaalseid lõikepaksusi):

Märkus: Kiirused on näitlikud tavalisele teraslehele hapnikuga lõikamisel. Tootja määratletud „maksimaalne paksus“ viitab sageli lõikele (lehe eraldumisele), mitte joonistusele sobiva serva kvaliteedile.

Sordid nagu S690/S700 ning kuumtöödeldud kulumiskindlad lehed (400–500 HB) teevad kaasa kaks konkreetset kaubanduslikku riski:

1. Soojamõjuzone pehmenemine: Hapnikulõikes siseneb kuumtöödeldud sulamitesse suur soojushulk, mis teeb soojamõjuzone pehmemaks ja võib põhjustada selle kõvaduse langemise alla joonistuse nõutava kõvaduse.

2. Servapinna pragunemine: Paks kõrgtugevusega plaat on suure tõenäosusega servapinna pragunemise ohus, kui seda lõigatakse kuumana ja seejärel vormitakse pingeteta reliefita.

Kõvadusekriitiliste servade puhul on sageli eelistatud tehniline lahendus lämmastiku või kõrgsurveline õhk lõikes, mille kiirus on vähendatud, mitte hapnik.

Zoom-lõikepead sisaldavad mootoriseeritud kollimeerivaid optikaid, mis reguleerivad kiire laienemisnäitu enne fokuseeriva läätse tabamist. See võimaldab dünaamilist kohandamist punktisuuruses ja fokaaltekstuuris ilma füüsiliste läätsete vahetamiseta.

• Kontuurid 20 mm+ paksuses plaadis: Suurendage punktisuurust, et pikendada fokaalsügavust, kaotades tipptugevuse, et saavutada sirgem ja vähem kooniline lõikepiir.

• Punktiertegevused: Laiendage punktisuurust, et alandada tipptugevust ja vältida plahvatava tagasipõrkumist, ühendades zoomi kohandusi dünaamiliselt võimsuse suurendamisega.

• Väike aukude geomeetria: Vähendage täppsuurust, et lõigata alamkihiga augud, kui esialgne läbipõkemine toimub laiendatud täppprofili abil, et vältida plahvatust.

Juhtseadme nõue: Veenduge, et teie CNC-juhtseade toetab kihi sees täppsuuruse muutmist. Zoom-pead, millel on piiratud võimalus muuta täppsuurust ainult kihi kaupa, kaotavad oma kasulikkuse suurema paksusega plaadil peaaegu täielikult.

Täispõhjaga staatiline hapnikupõkemine 25 mm paksusel plaadil põhjustab plahvatuse: sulanud metall ja rauaoksiid paisuvad ülespoole, mis põhjustab tihendusjäätmete kinnitumise toru otsa ja kaitseklappide liikumisvõimaluste kahjustumise.

Järkjärguline läbipõkemine elimineerib selle ohu mitmefaasiline protseduur:

1. Kõrgelt defokuseeritud algus: Tõstetud läbipõkemiskõrgus, mille korral fookus on seatud plaadi pinna kohal, et levitada esialgset soojusenergiat.

2. Pulsseeritud avause algatamine: Kõrge tippvõimsus väikese töötsükliga algatab sulatamise ilma põhjustada kontrollimatut eksotermilist reaktsiooni.

3. Astmeliselt alla poole täitmine: Fookus nihkub allapoole, samas kui võimsus/töötsükkel suureneb 3–6 eraldatud astmes, süvendades augu järk-järgult.

4. Põhja paus: Vähendatud võimsusega paus lõpetab läbipõlemise ja võimaldab sulatunud metallipooli selguda.

5. Lõikeüleminek: Surve, fookus ja võimsus muutuvad õmbluseta lõikeparameetriteks enne telje liikumise alustamist.

Osade puhul, kus on vaja teha kümneid paksu lehe läbipõksumisi, domineerib läbipõksumise aeg kogu töötlemise maksumuses. Enne seadme ostmist tuleb hinnata nii "läbipõksumistsükli efektiivsust" kui ka toorlaseri võimsust.

Oksügeenlaserlõike puhul toimub lõikeprotsess mitte ainult mehaanilise liikumisenergia abil, vaid pigem eksotermilise rauaoksüdatsiooni teel. Liigne gaasirõhk häirib sulatunud piirkihti, jahutab reageerivat tsooni ja teeb laia, sügavalt kahjustatud ning üleoksidiseerunud lõike.

Paksu lehe lõikamiseks on vajalik suur mahukogus väikese voolukiirusega. Suuremad pihutite läbimõõdud keskmise rõhuga tagavad gaasi transportimise sügava kanalisse ilma turbulentsi tekkimiseta. 20–30 mm paksuste materjalide puhul on üheskihiliste pihutite (1,2–2,5 mm) kasutamine rõhul 0,6–1,5 bar tavapärane töörežiim.

• Optimaalsest kiirusest madalamal: Lõige ülekuumeneb, mis põhjustab tugevat oksüdatsiooni ja peenest, kohmakat, madala kiirusega drossi.

• Optimaalsest kiirusest kõrgemal: Kiirgus liigub kiiremini kui oksüdatsioonireaktsioon, jättes põhja servale peenikest, väga hästi kinnituvat kõrgkiiruselist sulametalli.

25 mm paksusel plaatidel kasutatav kiirusevahemik võib olla nominaalkiirusest ±20% piires. Rakendage kontuuri konkreetseid toitelugude ülekirjutusi mitte ühtset globaalset toitelugu. Nurga sulametall tekib peaaegu alati aeglustumisel ilma võimsuse/gaasi reguleerimiseta.

Gaasi puhtus alla 99,5% põhjustab kohe lõikekiiruse langust ja tugevat sulametalli teket. Mõõtke alati gaasi puhtust ja dünaamilist rõhku otse lõikepea sisendis täisvoolus.

• Põhjus: Loomulik hapnikureaktsiooni geomeetria, kus gaasi värskus on kõige kõrgem ülaservas.

• Parandusmeetod: Asetage fookuspunkt veidi sügavamale materjali sisse; suurendage täppsuurust, et võrdsustada vertikaalset võimsustihedust; joondage toru keskjoon.

• Põhjus: Liiga sügav fookus koos liiga suure abigaasirõhuga või liiga väikese toru läbimõõduga.

• Parandusmeetod: Tõsta fookuse asukohta; vähenda gaasirõhku; suurenda pihusti ava suurust.

• Põhjus: Liialt suur soojusenergia ühikul pikkusel (ülepõletamine).

• Parandusmeetod: Suurenda lõikekiirust, vähenda laserivõimsust või reguleeri hapnikurõhku alla.

• Põhjus: Kiir liigub oksüdatsioonipiiri ees.

• Parandusmeetod: Vähenda lõikekiirust või langeta fookuse asukohta. Ära tõsta gaasirõhku, sest see halvendab kõrgkiirusega kihlit.

Kui hindad kõrgvõimsusega kiudlasermasinaid 16–30 mm paksuste plaatide töötlemiseks, nõua tarnijalt järgmise kinnitust:

• BPP tarnitakse väljundis ja tegelik spot-suurus töödeldaval detailil läbi peaga.

• Optiline suurendusaste ja võimalus dünaamiliselt kohandada kihi sees asuva spoti suurust.

• Dokumenteeritud maksimaalne progresiivne läbipõksume paksus (mitte ainult lõikepaksus).

• Arvutatud hapniku tarbimiskiirus (m³/h) 20–30 mm paksuste plaatide puhul ning sellest tulenevad toimimiskulud.

• Lõikesamplesid tehakse kohtas, kasutades teie spetsiifilist teras sorti; kalde mõõdetakse ja sulametallide jäägid fotograafitakse standardiseeritud valgustingimustes.

Paksu plaadi lõikevõime kindlustatakse enne tellimuse esitamist – selle määrab kiire kvaliteet, läbipõkumisvõime ja gaasidünaamika.

Kui te tellite masinat 16–30 mm paksuste konstruktsioonterastest või kulumiskindlate plaatidest, esitage oma paksusnõuded, materjalide sortid ja tolerantsinõuded. Meie rakendusinsenerite meeskond pakub teile kohandatud võimsus-/BPP-soovituse, progresiivse läbipõkumise protseduuri ning tehases toimuvat proovilõike testimist enne tarnimist.

[Paluge paksu plaadi rakendushinnang] →Sisaldage plaadi paksus, materjali klass, minimaalsed augu läbimõõdud ning serva tolerantsinõuded insenerihinnangu tegemiseks.