Ласерско сечење дебелог челика: Процесни прозор и захтеви квалитета греда

Испод 10 мм, већина проблема са ласером са влаконцем су проблеми параметара. Преко 16 мм, они постају проблеми физике.

На овом прагу, три фактора се мењају истовремено:

• Дубоки каналски прорез: Прорез постаје дубок канал где помоћни гас покушава да досегне дно.

• Дивергенција зрака: Рејлијеви ефекти дужине и дивергенција снопа остављају жижну тачку мерљиво већом 20 mm испод површине.

• Ризици од пирсинга: Пробијање, а не сечење, постаје операција која највероватније оштећује делове, млазнице и заштитна сочива.

Овај водич истражује сечење угљеничног челика дебљине 16–30 мм и плоча високе чврстоће, покривајући ограничења производа параметара снопа (BPP), зум оптику, прогресивно пробијање, динамику кисеоника, контролу конуса и спречавање стварања шљаке.

Фокусирани ласерски зрак је конус, а не цилиндар. Густина снаге на дну реза од 25 мм је знатно мања него на врху, а растопљени метал мора да пређе много већи пут пре избацивања. Мала величина тачке, велика брзина сечења и прецизан фокус – који добро функционишу на танким лимовима – овде раде директно против вас.

На плочи дебљине 3 мм, помоћни гас одмах доспева до зоне сечења. На плочи дебљине 25 мм, гас мора да путује низ уски канал са растопљеним зидовима и ширином често испод 1,0 мм. Статички притисак млазнице говори врло мало о динамичком притиску на дну; многе жалбе на „недовољну снагу ласера“ су заправо проблеми са динамиком гаса.

На 20 мм, конусност од 0,3 мм са сваке стране представља димензионалну грешку од 1,5% коју ће контрола квалитета одмах означити. На 3 мм, иста та грешка се практично не примећује.

Производ параметара снопа (BPP) је угао полудивергенције помножен са радијусом струка (мерено у mm·mrad). Он дефинише колико чврсто се ласерски сноп може фокусирати и колико брзо дивергира. За разлику од сирове снаге ласера, BPP се не може побољшати једноставним додавањем модула снаге.

За извор влакана од 1 µm, теоријска граница дифракције је близу 0,34 mm·mrad. Индустријски извори у стварном свету значајно варирају:

• Једномодни извори са високим осветљењем: приближно 0,3–1,5 mm·mrad

• Стандардни извори вишемодног сечења: приближно 2,0–6,0 mm·mrad

• Застарели извори велике снаге: 8,0 mm·mrad и више

Величина тачке и Рејлијева дужина (дубина фокуса) су суштински повезане преко дубине фокуса (BPP). При фиксној BPP, преполовљење пречника тачке је четвртина Рејлијеве дужине. Тачка од 0,15 mm, идеална за нерђајући челик дебљине 4 mm, биће знатно ван фокуса на једној трећини пута кроз плочу од 25 mm.

Дебели пресеци захтевају већу тачку са великом употребљивом жижном дубином, што захтева врхунски квалитет снопа (нижи BPP). Две машине снаге 20 kW могу се разликовати за 100% у постигнутој дебљини искључиво на основу квалитета снопа.

Напик за купца: „20 kW“ није потпуна спецификација. Увек питајте за излазну брзину сечења (BPP), пречник језгра влакана и величину тачке сечења кроз стварну главу за сечење.

Доња табела пружа практични инжењерски оквир за сечење кисеоником конструкционог угљеничног челика (не теоријске границе сечења):

Напомена: Брзина су индикативна за благи челик који користи кисеоник. Спецификације добављача "максималне дебљине" често описују раздвој (раздвој плоче) уместо квалитета ивице прихватљивог за цртање.

Класе као што су S690/S700 и каљене и отпушене плоче отпорне на хабање (400–500 HB) представљају два специфична комерцијална ризика:

1. Омекшавање у зони утицаја топлоте (ЗУТ): Резање кисеоником уноси велику топлоту у термички обрађене легуре, остављајући омекшану ЗТУ која може пасти испод спецификација тврдоће за цртање.

2. Pucanje na ivicama: Дебела плоча високе чврстоће носи повећан ризик од пуцања ивица када се сече вруће и потом обликује без ублажавања напона.

За ивице критичне за тврдоћу, сечење азотом или ваздухом под високим притиском при смањеним брзинама је често преферирани инжењерски избор у односу на кисеоник.

Главе за резање зума интернализују моторизоване колиматичке оптике које прилагођавају однос ширења зрака пре него што удари у објектив за фокусирање. Ово омогућава динамичко подешавање величине тачке и фокусне дубине без физичких промена објектива.

• Контури у 20 мм+ Плоча: Повећајте величину тачке да бисте проширили фокусну дубину, жртвујући врхунски интензитет како бисте постигли прављији, мање завучени зид.

• Рутине пирсинга: Проширити величину тачке да би се смањио интензитет врха и спречио експлозивни испрскање, динамично удружавање прилагођавања зума са повећањем снаге.

• Геометрија мале рупе: Смањити величину тачке да би се резали дубочини поддебљине, под условом да почетни пирс користи проширени профил тачке како би се спречио избијање.

Уговор за контролоре: Уверите се да ваш ЦНЦ контролер подржава прелазак величине места унутар слоја. Главе за зум ограничене на подешавање по слоју губе већину своје корисности на дебљиој плочи.

Пуно снагу статички кисеоник пробој на 25 мм плочи изазива експлозију: растворени метал и гвожђеоксид избијају горе, заваривање шлака до млазнице и оштећење шлака за заштиту.

Прогресивно пирсирање елиминише овај ризик кроз вишестепени секвенцијски процес:

1. Почињење високог дефокуса: Повишена висина пробивања са фокусом постављеном изнад површине плоче за ширење почетне топлотне енергије.

2. Иницијација импулсне кључеве рупе: Висока пикова снага при малом радном циклусу покреће топљење без изазивања неконтролисане егзотермске реакције.

3. Понижена егзекуција: Фокус пада док се циклус снаге/задатак повећава кроз 3 до 6 дискретних корака, постепено продубљавајући рупу.

4. Дно Дел: Утврђује пробив и омогућава расплављеном базену да се очисти.

5. Прелаз на резање: Натисак, фокус и снага се прелазе на параметре резања пре него што се покрет оси почне.

На деловима који захтевају десетине дубоких пирсера, време пирсера доминира укупним трошковима обраде. Пре куповине опреме треба проценити "ефикасност пирсе цикла" заједно са сировом ласерском снагом.

Киселино ласерско сечење се ослања на егзотермичну оксидацију гвожђа, а не на чисту механичку кинетичку избацивање. Превишег притиска гаса нарушава растворени гранични слој, хлади зону реакције и ствара широку, издубљену, прекомерно оксидирану режу.

Дебела плоча захтева висок обимни проток при ниској брзини проток. Веће дијеметре млазнице под умереним притиском доноси гас низ дубоки канал без стварања турбуленције. На материјалу од 2030 мм, једнослојне млазнице (1,22,5 mm) које се користе на 0,61,5 бара представљају стандардни радни прозор.

• Испод оптималне брзине: Обувљеност се прегрева, стварајући тешку оксидацију и грубо, грубо нискобрзи шлац.

• Преко оптималне брзине: Струма превазилази реакцију оксидације, остављајући на дну фине, веома прилепљиве брзе шлаке.

На плочи од 25 mm, коришћено прозорско окно може бити мање од ± 20% номиналне брзине. Уведите контурне специфичне превазилазе за стопу хране уместо једне глобалне стопе хране. Углова отпад је скоро искључиво узрокована успоравањем без подешавања снаге / гаса.

Чистоћа гаса испод 99,5% доводи до непосредног губитка брзине сечења и формирања озбиљних шлака. Увек мерејте чистоћу гаса и динамички притисак директно на улазу главе за резање током пуног протока.

• Узрок: Природна геометрија реакције кисеоника где је свежина гаса највиша на врху.

• Решење: Нижа фокусна тачка мало дубље у материјал; повећање величине тачке да би се изједначила вертикална густина снаге; изједначити концентричност млазнице.

• Узрок: Предублива фокус у комбинацији са прекомерним притиском гаса за помоћ, или недовољним дијаметром млазнице.

• Решење: Подигнути положај фокуса; нижи притисак гаса; повећати величину отвор млазнице.

• Узрок: Превише топлоте на јединици дужине (препогоревање).

• Решење: Повећајте брзину сечења, смањите ласерску снагу или смањите притисак кисеоника.

• Узрок: Зрак је прешао оксидациони фронт.

• Решење: Смањење брзине сечења или нижа позиција фокуса. Не повећавајте притисак гаса, јер то погоршава брзу шлаку.

Приликом процене високомоћних ласерских машина за обраду 1630 mm, захтевати од добављача да провере:

• Достављена БПП на излазу и стварна величина места на радном делу кроз главу.

• Оптички однос зума и способност динамичких прилагођавања величине тачака унутар слоја.

• Документисана максимална прогресивна дебљина пирса (не само дебљина реза).

• Процењена стопа потрошње кисеоника (м3/ч) на 2030 мм и имплицитне оперативне трошкове.

• Узори сече на месту користећи вашу специфичну категорију челика, са мерењем коне и фотографисањем шлака под стандардизованим осветљењем.

Способност резања дебљине плоче се одлучује пре издавања наруџбе за куповинуу зависности од квалитета греде, способности пробивања и динамике гаса.

Ако одређујете машину за 1630 мм конструктивни челик или плату за зношење, доставите своје захтеве за дебљину, категорије материјала и спецификације толеранције. Наш тим инжењерских апликација ће вам пружити прилагођену препоруку за снагу/БПП, рутину прогресивног пирсера и фабричко тестирање узорка пре испоруке.

[Замолите процену примене дебеле плоче] →Укључите дебљину плоче, квалитет материјала, минимални дијаметар рупе и захтеве толеранције ивица за инжењерску процену.