Lasersnijden

Lasersnijden van metaal heeft in alle sectoren een grote populariteit verworven dankzij de ‌precisie‌, ‌efficiëntie‌, ‌veelzijdigheid‌ en ‌kosten-effectiviteit‌. Een van de grote voordelen is dat het de gereedschapskosten aanzienlijk kan verlagen door het ‌elimineren van mallen‌, ‌het minimaliseren van materiaalverspilling‌ en ‌het verbeteren van de productieflexibiliteit‌. Hieronder vindt u een korte lijst van de voordelen:

 

 

Kenmerken van lasersnijden van verschillende metalen materialen

 

Aluminium

Dikte: doorgaans tot ‌20 mm‌ met vezellasers met hoog-vermogen (groter dan of gelijk aan 6 kW), dunne platen (1–6 mm) bereiken de beste kwaliteit

Snijbreedte‌: ‌0,1–0,3 mm‌, beïnvloed door materiaalreflectie en hulpgas (stikstof heeft de voorkeur om oxidatie te voorkomen) ‌Tolerantie‌: ±‌0,05–0,1 mm‌ voor dunne platen; dikkere materialen (±0,15 mm) als gevolg van thermische vervorming.

Snijkwaliteit‌, gladde randen met minimale slak bij gebruik van stikstof.

Risico op ‌oxidatie‌ met zuurstofondersteuning, waardoor na-verwerking nodig is.

Vezellasers bieden nogal wat voordelen waardoor ze een voorkeursoptie voor het snijden van aluminium zijn:

 

√Hoge-vermogensdichtheid, concentreren hun energie op een zeer klein plekje, waardoor efficiënt snijden mogelijk is, zelfs met reflecterende materialen zoals aluminium.

√De hoge snijsnelheid, het hoge vermogen en de uitstekende straalkwaliteit van fiberlasers maken snel snijden mogelijk, waardoor de productiviteit toeneemt.

√Geminimaliseerde (HAZ) hitte-geïnfecteerde zone, kan minder warmte produceren dan andere lasertypen, wat resulteert in schonere sneden met minder thermische vervorming.

√Veelzijdigheid, het kan een breed scala aan aluminiumdiktes en legeringen snijden.

 

Overwegingen bij het lasersnijden van aluminium

 

Er zijn weinig zeer kritische factoren betrokken bij het verantwoord lasersnijden van aluminium materialen, en de operators moeten altijd rekening houden met de volgende aspecten:

 

√Als hulpgasoptie wordt vaak de voorkeur gegeven aan stikstof voor het snijden van aluminium, omdat hierdoor oxide-vrije sneden ontstaan, terwijl zuurstof vaak wordt gebruikt voor dikkere materialen, maar dit kan resulteren in een geoxideerde rand. Het nadeel van stikstof is de kostprijs.

√Focuspunt, het is verstandig om de focuspositie ten opzichte van het materiaaloppervlak te proberen voordat het massasnijden begint, en een ervaren operator probeert altijd aanpassing voor positieve of negatieve focus kan soms de snijkwaliteit verbeteren.

√Snijsnelheid, het vinden van de juiste balans tussen snijsnelheid en vermogen is van cruciaal belang, omdat een lage snelheid te veel overmatige warmte-inbreng kan genereren, terwijl een hoge snelheid mogelijk geen volledige penetratie bereikt.

√Netheid, de operator moet er altijd voor zorgen dat de aluminium platen schoon zijn en vrij van oliën of verontreinigingen die de snijkwaliteit kunnen beïnvloeden.

√Thermisch beheer, periodieke afkoelintervallen- om warmteophoping te voorkomen die materiaalvervorming zou kunnen veroorzaken.

√Randkwaliteit moet de operator de parameters aanpassen als hij problemen opmerkt zoals schuimvorming of overmatig smelten.

 

Kwaliteitsproblemen met lasersnijden van aluminium

 

 

Er zijn weinig problemen bij het lasersnijden van aluminium materialen, zoals buizen, platen of platen, en als u deze hindernissen begrijpt, kan het u helpen optimale resultaten te bereiken terwijl u de kosten voor het snijden van metaal tot een minimum beperkt.

 

√Reflectiviteit is bijna de grootste uitdaging bij het lasersnijden van aluminium, omdat het ook terugreflecties kan veroorzaken die de machine beschadigen. Aluminium reflecteert op natuurlijke wijze een aanzienlijk deel van de laserstraal, wat de snij-efficiëntie kan verminderen en mogelijk het lasersysteem kan beschadigen als het niet op de juiste manier wordt beheerd. Deze reflectiviteit maakt het gebruik van specifieke lasertypen en vermogensniveaus noodzakelijk om effectief snijden te garanderen, en vanwege dit probleem is fiberlaser een zeer populaire keuze.

√Warmtegeleiding, de goede warmtegeleiding maakt lasersnijden behoorlijk uitdagend omdat het materiaal de warmte snel afvoert, wat het moeilijk kan maken om het plaatselijke smelten te bereiken dat nodig is voor precieze sneden. Daarom kan de goede warmtegeleiding leiden tot grotere snijbreedtes en potentiële door hitte-zones rond de snijranden.

√Oxidelaag, de dunne oxidelaag die op aluminiumoppervlakken wordt gevormd, interfereert meestal met het laser{0}}snijproces en heeft een hoger smeltpunt dan het aluminium zelf, wat mogelijk inconsistenties in de snijkwaliteit veroorzaakt of extra kracht vereist om door te dringen.

√Moleculaire structuur, de kneedbare moleculaire structuur kan soms leiden tot een minder gewenste randkwaliteit, en vaak vertoont de rand bramen of vertoont hij een licht smelteffect langs de snijranden. Voor sommige veeleisende projecten is nabewerking vereist.

 

Roestvrij staal

 

 

√ Vermogensinstelling, afhankelijk van de materiaaldikte en het type roestvrij staal, en het is belangrijk dat het lasergesneden gat coaxiaal is met het midden van het mondstuk. Populaire energieoptie wordt als volgt aangegeven:

‌1. Dunne plaat (1-3 mm), 1000-2000 W vermogen met stikstofbescherming om thermische vervorming te voorkomen

2‌. Middelgrote plaat (10-25 mm), 4000-6000 W vermogen wordt aanbevolen en zuurstof wordt gebruikt om slakdefecten te verminderen

‌3. Extra thick plate (>50 mm): 12.000 W + vermogen is vereist in combinatie met meervoudige perforatietechnologie, terwijl de stabiliteit van de gasdruk wordt gecontroleerd om de conussituatie te verminderen.

 

√ Mondstukgrootte, het bepaalt de vorm van de gasstroom die de incisie binnengaat, het gasdiffusiegebied en de gasstroomsnelheid, waardoor de stabiliteit van het verwijderen en snijden van smelt wordt beïnvloed. De luchtstroom die de incisie binnenkomt is groot, de snelheid is hoog en de positie van het werkstuk in de luchtstroom is goed, hoe sterker het spuitvermogen om het gesmolten materiaal te verwijderen. Hoe dikker het roestvrij staal, hoe groter het mondstuk moet worden gebruikt, hoe groter de proportionele klepinstelling en hoe groter de stroomsnelheid, kan de druk worden gegarandeerd en kan het normale sectie-effect worden verminderd. De aanbevolen mondstukdiameter voor het snijden van verschillende diktes van roestvrij staal is als volgt:

1. 1mm, φ1,0 mm

2. 2-3mm, φ1,5 mm

3. 3-5mm, φ2,0 mm

4. 5-10mm, φ 3,0 mm +

 

√ Het type hulpgas, zuurstof, stikstof en lucht worden normaal gesproken gebruikt voor lasersnijden van roestvrij staal, en elk heeft een andere impact op de snijkwaliteit. De zuurstof ondergaat een exotherme reactie, waardoor extra warmte aan het snijoppervlak wordt toegevoegd, wat voor een gladdere snijrand zorgt, maar er ontstaat een geel getinte snijrand. Stikstof kan ervoor zorgen dat de oorspronkelijke kleur van roestvrij staal niet oxideert, en snijden met stikstof resulteert in een smalle kerfbreedte vanwege het ontbreken van de exotherme oxidatiereactie, dus er zijn hogere stikstofdrukken nodig om het gesmolten metaal uit de onderste kerf te verdrijven. Daarom is stikstof het voorkeurshulpgas bij het snijden van roestvrij staal. Het hulpgas wordt langs de laserstraal coaxiaal op het werkstuk gericht en heeft als voornaamste doel het uit de kerf verwijderen van gesmolten materiaal en het voorkomen van de vorming van schuim.

 

√ Focuspositie, verschillende plaatdiktes en roestvrij staalsoorten vereisen een verschillende focuspositie. Vóór het snijden wordt de werkelijke nulfocus gemeten en kan het testen en analyseren van de snijprocesparameters worden uitgevoerd met de nulfocus als maatstaf. De negatieve defocus is de belangrijkste proceskeuzerichting voor het snijden van roestvrij staal. Bij het snijden van dikke platen moet de focus binnen de plaat worden ingesteld (meestal 1/3 tot 1/4 van de plaatdikte) om de energieverdeling te optimaliseren.

 

√ Frequentie-instelling, hoog-snijden (400-500 Hz) kan de slakresten verminderen en de snijkwaliteit verbeteren voor dunne platen en voor werkstukken met hoge precisie-eisen. Bij het snijden van middeldikke platen (6-10 mm) kan het verlagen van de frequentie tot 200-300 Hz de snijkwaliteit verbeteren, als het instellen op 100 Hz tot snijfouten leidt.

 

√ Inschakelduur, inschakelduur 53% is de kritische waarde. Als u de inschakelduur blijft verminderen, zullen er sporen van onvolledig snijden op het onderoppervlak verschijnen, zal de inschakelduur toenemen tot 60% en zal de sectie ruw en gelaagd worden. De pulswerkcyclus verwijst naar het aandeel van de bestralingstijd van de straal in elke puls.

 

Koolstofstaal

 

 

Lasersnijden van koolstofstaal vereist normaal gesproken een specifiek vermogensbereik, staaldikte en mondstukdiameter, en hieronder vindt u een populaire vaste parameterinstelling die door veel fabrikanten wordt gekozen:

 

√Staaldikte: 1,0-3,0 mm 1-2 Kw met mondstuk 1,0-1,5 mm

√Staaldikte: 3,0-6,0 mm 2-4 Kw met mondstuk 1,5-2,0 mm

√Staaldikte 6,0-10,0 mm, 4-6 Kw met mondstuk 2,0-2,5 mm

√Voor een staaldikte hierboven is een vermogen van 6K+ Kw vereist, en de mondstukgrootte is vaak groter dan 2,5 mm.

 

Overwegingen bij het lasersnijden van koolstofstaal

 

8 mm koolstofstalen plaat

Wanneer we bespreken hoe we de beste procesparameters voor lasersnijden bepalen, moeten we normaal gesproken rekening houden met verschillende belangrijke factoren, waaronder laservermogen, snijsnelheid, gastype, mondstukgrootte en druk. Door deze parameters goed aan te passen, kan het lasersnijeffect van koolstofstalen platen worden geoptimaliseerd en kunnen de productie-efficiëntie en snijkwaliteit worden verbeterd. Bovendien zullen verschillende snijpatronen de selectie en aanpassing van de snijprocesparameters beïnvloeden, wat op zijn beurt de snijsnelheid en kwaliteit beïnvloedt. De operator moet begrijpen dat experimenten en optimalisatieparameters moeten worden geregeld vóór het massasnijden. Tegelijkertijd kunnen we door voortdurende pogingen en optimalisatie geleidelijk ervaring opdoen en de nauwkeurigheid en efficiëntie van het snijden verbeteren. Na een reeks experimenten kunnen we de optimale procesparameters verkrijgen voor een fiberlasersnijmachine met middelhoog vermogen om 8 mm dik koolstofstaal te snijden. Vervolgens gaan we dieper in op de selectie en aanpassingen voor het lasersnijden van 8 mm en 3 mm koolstofstaal.

 

√Lasertype: fiberlaser

√Snijsnelheid: 13 mm/s

√Vermogen: 5 kW

√Brandpuntspositie:+3.2 mm

√Mondstukgrootte: 2,3 mm

√Hulpgas: zuurstof

√Gasdruk bij 0,04 MPa.

√Perforatiefrequentie: 80HZ.

 

3 mm koolstofstalen plaat

√Lasertype: fiberlaser

√Snijsnelheid: 70 mm/s

√Vermogen: 3 kW

√Brandpuntspositie:+2 mm

√Mondstukgrootte: 2,3 mm

√Hulpgas: zuurstof

√Gasdruk bij 0,35 MPa.

√Perforatiefrequentie: 300HZ.

 

In industriële toepassingen is de kerfbreedte bij CO2-laser doorgaans ongeveer 0,2 tot 0,3 mm, wat bijzonder geschikt is voor het snijden van middelgrote en dikke platen, en deze hangt ook af van het lasersnijtype en de dikte van het staalmateriaal. De zuurstofondersteuning vergroot de snijbreedte maar verbetert de snelheid, en de stikstoflasersnede heeft schone, slakvrije randen, terwijl de zuurstofondersteuning bramen genereert die secundair slijpen vereisen.

Koper‌ en messing

 

 

De hoge reflectiviteit, geleidbaarheid en veelzijdigheid van koper en messing hebben voor unieke uitdagingen gezorgd bij lasersnijden, en de twee belangrijkste factoren zijn reflectiviteit en thermische geleidbaarheid, die de efficiëntie en precisie van lasersnijden beïnvloeden. Fiberlaser wordt veel gebruikt om deze uitdagingen het hoofd te bieden, en de operator moet rekening houden met de volgende parameters bij het lasersnijden op reflecterende metalen zoals roestvrij staal, aluminium, koper en messing:

 

√Golflengte, een golflengte van 1 μm, die goed kan worden geabsorbeerd- door reflecterende metalen zoals koper, aluminium en roestvrij staal, wordt doorgaans aanbevolen voor fiberlasers.

√Vermogen en puls, het is zeer verstandig om het laservermogen en de pulsduur aan te passen om het snijproces te optimaliseren en overmatige warmteontwikkeling en reflecties te voorkomen. Voor dunne koperplaten kan een pulsdoorsteektechniek effectief zijn, waarbij het laservermogen geleidelijk wordt verhoogd over een reeks korte pulsen totdat het materiaal is doorboord, waardoor onvolledige sneden en schuimvorming worden vermeden.

√Hulpgas, stikstof en zuurstof komen vaak voor bij het lasersnijden van reflecterende metalen en kunnen helpen gesmolten materiaal weg te blazen en reflecties te voorkomen.

√Bij focusseeroptiek is het van cruciaal belang dat u ervoor zorgt dat de focusseeroptiek schoon is en goed is uitgelijnd om reflectie te minimaliseren en de snij-efficiëntie te optimaliseren.

√Bundelafgifte, hoge-kwaliteit systemen voor straalafgifte met reflecterende coatings kunnen reflecties helpen minimaliseren.

√Kalibratie van snijparameters zoals snelheid, kracht en brandpuntsafstand om de gewenste snijkwaliteit te bereiken zonder overmatige reflectie of hitteopbouw te veroorzaken, en testsnijden op kleine schaal wordt ten zeerste aanbevolen voordat de massaproductie begint.