Pagputol ng Makapal na Bakal Gamit ang Laser: Mga Window ng Proseso at mga Kinakailangan sa Kalidad ng Beam

Sa ilalim ng 10 mm, karamihan sa mga problema sa fiber laser ay mga problema sa parameter. Sa itaas ng humigit-kumulang na 16 mm, naging mga problema na ito sa pisika.

Sa threshold na ito, tatlong kadahilanan ang nagbabago nang sabay-sabay:

• Kerf na Malalim na Kanal: Ang kerf ay naging malalim na kanal kung saan nahihirapan ang assist gas na abotin ang ibaba.

• Pagkalat ng sinag: Ang epekto ng Rayleigh length at beam divergence ay nagdudulot ng mas malaking focal spot nang maliwanag sa 20 mm sa ilalim ng ibabaw.

• Mga Panganib sa Pagpapasok: Ang pagpapasok—hindi ang pagputol—ang operasyon na may pinakamataas na posibilidad na sirain ang mga bahagi, mga nozzle, at mga protektibong lens.

Ang gabay na ito ay tatalakay sa pagputol ng 16–30 mm na carbon steel at mataas na lakas na plato, kabilang ang mga limitasyon sa Beam Parameter Product (BPP), zoom optics, progressive piercing, oxygen dynamics, kontrol sa taper, at pag-iwas sa dross.

Ang nakafocus na laser beam ay isang kono, hindi silindro. Ang density ng kapangyarihan sa ilalim ng 25 mm na kerf ay malaki ang pagkakaiba kumpara sa itaas, at ang tinunaw na metal ay may mas mahabang distansya pa bago ma-eject. Ang maliit na sukat ng spot, mataas na bilis ng pagputol, at mahigpit na focus—na epektibo sa manipis na sheet—ay direktang sumasalungat sa iyo rito.

Sa isang 3 mm na sheet, ang tulay na gas ay umaabot agad sa lugar ng pagputol. Sa isang 25 mm na plato, kailangan ng gas na lumipat pababa sa isang makitid na daanan na may mga pader na natutunaw at may lapad na karaniwang nasa ilalim ng 1.0 mm. Ang istatikong presyon ng nozzle ay nagbibigay ng napakaliit na impormasyon tungkol sa dinamikong presyon sa ibaba; maraming reklamo tungkol sa "kakulangan ng kapangyarihan ng laser" ay tunay na mga problema sa dinamika ng gas.

Sa 20 mm, ang 0.3 mm na taper sa bawat gilid ay kumakatawan sa 1.5% na pagkakamali sa sukat na agad na maaaring matukoy ng quality control. Sa 3 mm, ang parehong pagkakamali ay halos hindi napapansin.

Ang Beam Parameter Product (BPP) ay ang produkto ng kalahating anggulo ng pagkalat at ng radius ng waist (sinusukat sa mm·mrad). Ito ang nagtatakda kung gaano kalapit ang maaaring i-focus ang sinag ng laser at kung gaano kabilis ito lumalat. Hindi tulad ng likas na kapangyarihan ng laser, ang BPP ay hindi mapapabuti nang simpleng idaragdag ang mga module ng kapangyarihan.

Para sa isang 1 µm na fiber source, ang teoretikal na hangganan ng diffraction ay malapit sa 0.34 mm·mrad. Ang mga industriyal na source sa tunay na mundo ay may malaking pagkakaiba-iba:

• Mga mapagkukunan ng mataas na kintab na single-mode: humigit-kumulang 0.3–1.5 mm·mrad

• Mga karaniwang mapagkukunan ng pagputol na multimode: humigit-kumulang 2.0–6.0 mm·mrad

• Mga lumang mapagkukunan ng mataas na kapangyarihan: 8.0 mm·mrad at mas mataas pa

Ang laki ng spot at haba ng Rayleigh (lalim ng pokus) ay konektado nang likas sa pamamagitan ng BPP. Sa isang nakafixed na BPP, ang paghati sa diameter ng spot sa kalahati ay magpapakaliit ng haba ng Rayleigh sa ikaapat. Ang isang spot na may sukat na 0.15 mm—na perpekto para sa bakal na may kapal na 4 mm—ay magiging malubhang out of focus sa isang-katlo ng daan papunta sa isang plato na may kapal na 25 mm.

Ang mga makapal na seksyon ay nangangailangan ng mas malaking spot kasama ang mahabang kapaki-pakinabang na lalim ng pokus, na nangangailangan ng mas mahusay na kalidad ng sinag (mas mababang BPP) upang maisakatuparan. Dalawang makina na parehong may rating na 20 kW ay maaaring magkaiba ng hanggang 100% sa pinakamataas na kapal na maaaring pagtagpuin nang eksklusibo batay sa kalidad ng sinag.

Tip para sa mamimili: ang "20 kW" ay hindi isang kumpletong teknikal na tukoy. Itanong palagi ang output na BPP, diameter ng fiber core, at aktwal na laki ng spot na inilalaan sa pamamagitan ng tunay na cutting head.

Ang talahanayan sa ibaba ay nagbibigay ng isang praktikal na engineering framework para sa oxygen cutting ng structural carbon steel (hindi teoretikal na severance limits):

Paalala: Ang mga bilis ay nagpapahiwatig lamang para sa mild steel gamit ang oxygen. Ang mga teknikal na tatakda ng tagapag-suplay tungkol sa "pinakamalaking kapal" ay karaniwang tumutukoy sa pagputol (paghihiwalay ng plato) imbes na sa kalidad ng gilid na katanggap-tanggap para sa pagguhit.

Ang mga grado tulad ng S690/S700 at ang mga platong pinainom at pinatibay para sa pagtitiis sa pagkabagot (400–500 HB) ay nagdudulot ng dalawang tiyak na komersyal na panganib:

1. Pagkakaluma ng Heat Affected Zone (HAZ): Ang pagputol gamit ang oxygen ay nagpapasok ng mataas na init sa mga alloy na may heat treatment, na nag-iwan ng naka-softened na HAZ na maaaring bumaba sa mga kinakailangang kahigpit ng pagguhit.

2. Pangingitngit sa gilid: Ang makapal na mataas na lakas na plato ay may mataas na panganib na mag-crack sa gilid kapag pinutol habang mainit at pagkatapos ay binubuo nang walang stress relief.

Para sa mga gilid na kritikal sa kahigpit, ang pagputol gamit ang nitrogen o mataas na presyong hangin sa mas mababang bilis ay karaniwang piniling paraan ng inhinyero kaysa sa pagputol gamit ang oxygen.

Ang mga zoom cutting head ay may kasama sa loob nito ang motorized collimating optics na sumasagawa ng pag-aadjust sa beam expansion ratio bago ito mahagip ng focusing lens. Ito ay nagbibigay-daan sa dinamikong pag-aadjust ng sukat ng spot at focal depth nang hindi kailangang palitan ang lens.

• Mga Contour sa Plating na 20 mm at higit pa: Palawakin ang sukat ng spot upang mapalawak ang focal depth, na binibigyan ng priyoridad ang tuwid na gilid ng kerf at binabawasan ang taper sa halip na ang peak intensity.

• Mga Pamamaraan sa Pagpierce: Palawakin ang sukat ng spot upang bawasan ang peak intensity at maiwasan ang explosive splashback, na pinagsasama ang mga adjustment sa zoom nang dinamiko kasama ang power ramping.

• Heometri ng Maliit na Butas: Bawasan ang sukat ng spot upang putulin ang mga butas na mas manipis kaysa sa kapal ng materyal, na may kondisyon na ang unang pagpierce ay gumagamit ng pinalawak na profile ng spot upang maiwasan ang pagputok.

Kinakailangan ng Controller: Siguraduhing sumusuporta ang iyong CNC controller sa pagbabago ng sukat ng spot sa loob ng isang layer. Ang mga zoom head na limitado lamang sa pag-aadjust bawat layer ay nawawala ang karamihan sa kanilang kapaki-pakinabang sa madiyos na plato.

Ang isang static na oxygen pierce na may buong kapangyarihan sa 25 mm na plato ay nagdudulot ng pagsabog: ang tinunaw na metal at iron oxide ay sumusulpot pataas, kung saan nakakadikit ang slag sa nozzle at nasasaktan ang mga slide ng protektibong takip.

Progressive Piercing nagtatanggal ng panganib na ito sa pamamagitan ng isang multi-stage na pagkakasunud-sunod:

1. Mataas na Defocus sa Simula: Mas mataas na taas ng pagpierce kasama ang focus na naka-set sa itaas ng ibabaw ng plato upang ipakalat ang paunang thermal energy.

2. Pulsed Keyhole Initiation: Ang mataas na peak power sa mababang duty cycle ang nagsisimula ng pagtunaw nang hindi nagpapakilos ng di-kontrolableng eksotermik na reaksyon.

3. Stepped Downward Execution: Bumababa ang focus habang tumataas ang power/duty cycle sa loob ng 3 hanggang 6 hiwalay na hakbang, kung saan unti-unting lumalalim ang butas.

4. Bottom Dwell: Ang pananatili sa nabawasang power ang nagtatapos sa breakthrough at nagbibigay-daan sa molten pool na malinisin.

5. Cut Transition: Ang pressure, focus, at power ay pabilis na lumilipat sa mga parameter ng pagputol bago magsimula ang paggalaw ng axis.

Sa mga bahagi na nangangailangan ng daan-daang pierce sa makapal na plato, ang oras ng pagpierce ang pangunahing salik sa kabuuang gastos sa proseso. Suriin ang "kabisaan ng pierce cycle" kasama ang likas na lakas ng laser bago bumili ng kagamitan.

Ang pagputol gamit ang laser na may oxygen ay umaasa sa eksotermikong oksidasyon ng bakal, hindi sa purong mekanikal na pagpapalabas ng kinitik. Ang labis na presyon ng gas ay nakakagambala sa manipis na layer ng tinunaw na materyal, nagpapalamig sa lugar ng reaksyon, at nagdudulot ng malawak, naputol, at sobrang oksidadong kerf.

Ang makapal na plato ay nangangailangan ng mataas na daloy ng bolyum sa mababang bilis ng daloy. Ang mas malalaking diameter ng nozzle sa katamtamang presyon ang nagdadala ng gas pababa sa malalim na kanal nang walang paglikha ng turbulensiya. Sa mga materyales na may kapal na 20–30 mm, ang mga nozzle na may isang layer (1.2–2.5 mm) na gumagana sa presyon na 0.6–1.5 bar ang kumakatawan sa karaniwang window ng operasyon.

• Sa ibaba ng optimal na bilis: Nagkakainit nang labis ang kerf, na nagdudulot ng malakas na oksidasyon at magaspang, lumpen, at mabagal na dross.

• Sa itaas ng optimal na bilis: Ang sinag ay tumatakbo nang mas mabilis kaysa sa reaksyon ng oksidasyon, kaya’t iniwanan ang manipis ngunit lubhang nakadikit na dross sa ilalim na gilid.

Sa 25 mm na plato, ang magagamit na window ng bilis ay maaaring nasa loob ng ±20% ng nominal na bilis. Gamitin ang mga feedrate override na nakabase sa partikular na contour, imbes na isang pangkalahatang feedrate. Ang dross sa mga sulok ay halos laging dulot ng pagpapabagal nang walang pag-aadjust sa kuryente o gas.

Ang katinisan ng gas na nasa ilalim ng 99.5% ay nagdudulot agad ng pagbaba ng bilis ng pagputol at malubhang pagbuo ng dross. Sukatin palagi ang katinisan ng gas at ang dynamic pressure nang direkta sa inlet ng cutting head habang tumatakbo ito sa buong daloy.

• Dahilan: Likas na heometriya ng reaksyon ng oxygen kung saan ang kagandahan ng gas ay pinakamataas sa itaas.

• Solusyon: Ibaba nang bahagya ang focal point papalalim sa materyal; palawakin ang sukat ng spot para pantayin ang vertical power density; i-align ang concentricity ng nozzle.

• Dahilan: Sobrang kalaliman ng focus na kasama ang labis na presyon ng assist gas, o isang napakaliit na diameter ng nozzle.

• Solusyon: Itaas ang posisyon ng focus; bawasan ang presyon ng gas; dagdagan ang sukat ng orifice ng nozzle.

• Dahilan: Sobrang init na ipinadadala bawat yunit ng haba (labis na pagkakasunog).

• Solusyon: Pataasin ang bilis ng pagputol, bawasan ang lakas ng laser, o i-adjust ang presyon ng oxygen.

• Dahilan: Ang sinag ay mas mabilis kaysa sa harap ng oksidasyon.

• Solusyon: Bawasan ang bilis ng pagputol o ibaba ang posisyon ng focus. Huwag itaas ang presyon ng gas, dahil lalo itong paausin ang mataas-bilis na dross.

Kapag sinusuri ang mga high-power fiber laser machine para sa proseso ng 16–30 mm, kailangang ipa-verify sa mga tagapagkaloob ang sumusunod:

• Ang tunay na BPP sa output at ang aktwal na sukat ng spot sa workpiece sa pamamagitan ng ulo.

• Kasaganaan ng optical zoom at kakayahan para sa dinamikong pag-aadjust ng sukat ng spot sa loob ng layer.

• Naidokumentong pinakamataas na kapal ng progressive pierce (hindi lamang ang kapal ng severance cut).

• Kinukwentang rate ng pagkonsumo ng oxygen (m³/h) sa 20–30 mm at ang nakapipinsalang gastos sa operasyon.

• Mga sample ng pagputol sa lugar mismo gamit ang tiyak na grado ng bakal mo, kung saan sinusukat ang taper at kinukuha ang litrato ng dross sa ilalim ng pamantayan na pagkakalight.

Ang kakayahan sa pagputol ng makapal na plato ay tinutukoy bago isumite ang purchase order—na hinahatak ng kalidad ng beam, kakayahan sa pagpierce, at dynamics ng gas.

Kung nagtatakda ka ng makina para sa 16–30 mm na structural steel o wear plate, ipasa ang iyong mga kinakailangan sa kapal, mga grado ng materyales, at mga espesipikasyon sa toleransya. Ang aming application engineering team ay magbibigay ng pasadyang rekomendasyon sa kapangyarihan/BPP, isang progressive pierce routine, at pagsusuri ng sample sa pabrika bago ang paghahatid.

[Humiling ng Pagtatasa ng Thick-Plate Application] →Isama ang kapal ng plato, antas ng materyal, pinakamaliit na diameter ng butas, at mga kinakailangan sa toleransya ng gilid para sa pagsusuri sa inhinyeriya.