При описании лазерной резки металла, как правило, уделяют основное внимание физическим свойствам лазера, но не освещают вопрос подачи сжатого воздуха или газа в зону резки. Обдув зоны резки газами является важнейшим фактором, который влияет как на скорость, так и на качество резки.
Зачем обдувать пятно резки металла лазером? Для этого есть 6 причин:
- Обдув хеджирует образование очага плазмы в точке нагрева, что сохраняет геометрию разреза.
- Поток сжатого воздуха или газа удаляет расплавленный металл из зоны резки.
- Направленный поток газа под давлением идет от лазера и не дает расплавленному металлу повредить его оптическую часть.
- Струя воздуха или газа обеспечивает отвод тепла из пятна реза. Это предотвращает деформацию листа металла.
- Если для продувки используется инертный газ, то он изолирует место реза от кислорода воздуха, что блокирует окисление кромок.
- При использовании активного газа, ускоряется скорость прохода лазера, а соответственно скорость технологического процесса лазерной резки.
На металлообрабатывающих производствах, в основном, применяются 3 среды для обдува зоны резки.
| # | Название среды обдува | При резке каких металлов используется |
|---|---|---|
| 1 | Воздух* | Черная сталь Низколегированная сталь |
| 2 | Азот | Алюминий и его сплавы Нержавеющая и высоколегированная сталь Черные металлы |
| 3 | Кислород чистотой 99,5-99,95% | Черная сталь Низколегированная сталь |
*Лазерная резка металла воздухом позволяет экономить на закупке технических газов, в случаях резки заготовок деталей, кромки которых будут подвержены механической обработке после лазерной резки. При этом страдает скорость резки. Применяется при небольших толщинах листа в диапазоне от 1 до 3 мм.
Лазерная резка металла азотом
Используется азот при раскрое листов высоколегированной и нержавеющей стали, алюминия и алюминиевых сплавов, никеля. Его применяют, чтобы предотвратить окисление металла, сохранить его антикоррозийные свойства. В отличие от кислорода, азот не вступает в реакцию с кромкой металла, и оксидный слой, препятствующий окраске, не образуется.
Фокус лазера при резке с азотом располагается ближе к обратной поверхности листа. Получается широкой разрез, в который поступает больше газа. Диаметр используемого сопла составляет 1,5 мм и больше.
Преимущества азотной резки:
- Высокая скорость по сравнению с кислородной резкой. Чем толще металл, тем скорость резки будет меньше. Как правило, азот используют для резки металла толщиной до 5 мм, но если нужно обеспечить высокую точность, азот применяют для резки металла толщиной до 25 мм
- Края получившихся листов ровные, без облоя. Резка сплавов алюминия кислородом, например, даст неровные края;
- Отсутствие сильных экзотермически реакций. Материал не перегревается и полностью сохраняет свою структуру. Металл плавится, но не горит и не испаряется;
- При резке окрашенного материала может образоваться окалина и другие явления, которые в дальнейшем способны осложнить газовую сварку. Избежать ее поможет азот. Отсутствие окалины при резке особенно важно для гальванизированного металла.
- Азот является инертным газом, поэтому раскаленный лист не взаимодействует с окружающим воздухом, содержащим кислород. Благодаря этому срез получается чистым, а цвет кромки – ярким. Однако при выборе газа следует обращать внимание на состав газа. Даже минимальная примесь кислорода способна испортить конечный результат. Идеальным будет газ с содержанием азота от 99.5% до 99.999%.;
- Листы нержавеющей стали, обрезанные азотом, менее подвержены коррозии и лучше сохраняют нержавеющие свойства;
- Убирается оксидированный слой, благодаря чему металл можно окрасить.
- Легированная сталь, которую резали с применением азота, сохраняет коррозионную стойкость.
Производство азота осуществляется с помощью адсорбционных азотных станций на основе поршневых компрессоров (генераторы азота). Для наиболее качественной резки используется азот высокого давления (до 40 бар). Компания АО "НПФ "Спецмаш" использует качественный и высококонцентрированный азот в баллонах.
Лазерная резка металла кислородом
Кислород, как правило, используют в резке различных видов стали (черная, без легирования, нержавеющая). При попадании на материал, разогретый лазером, кислород вступает в реакцию окисления, которая протекает с выраженными экзотермическими реакциями (выделением тепла). Выделяющееся тепло ускоряет процесс, при этом возможно испарение металла.
Виды кислородной резки:
- Разделительная – в ходе резки образуются сквозные разрезы между листами;
- Резка копьем – в материале проделываются глубокие отверстия;
- Поверхностная – удаление поверхностного слоя металла или полукруглых ямок.
Первый вид является наиболее распространенным и применяется в раскрое металла лазером, изготовлении деталей, монтаже конструкций из стали, корректировке подковок под обработку мелких деталей и т.д.
Чем металл толще, тем меньше расход кислорода при лазерной резке металла, поскольку слишком сильные экзотермические реакции могут снизить качество реза и геометрию получившихся листов. Так, на лист толщиной 12 мм необходимо подавать газ давлением до 1 бара. Однако низкое давление может повлиять на равномерность среза.
Линия реза, формирующая струю между срезом сопла, может составлять 0,5 мм для тонкого листа и 3 мм – для листа большой толщины.
Используемый в резке кислород должен быть чистым, поскольку даже минимальная примесь азота замедляет окисление и скорость резки.
Чтобы кислородная резка дала хорошие результаты, металл должен обладать следующими характеристиками:
- Температура плавления превышает температуру воспламенения (способность металла гореть);
- Низкая теплопроводность. Теплопроводный металл плохо прогреваться, поэтому зона резки будет охлаждаться. Подходящий уровень теплопроводности у низкоуглеродистых сталей.
- Высокий тепловой эффект образования оксидов. В этом случае можно ограничиться подогревающим пламенем малой мощности.
- Температура плавления окислов металла не превышает таковую у самого металла, чтобы они могли быть с легкостью выдуты, а кислород получил доступ к нижним слоям материала.
Использовать кислород для резки нержавеющей стали нельзя, поскольку материал потеряет свои нержавеющие свойства. Будет происходить окисление металла при высокой температуре, что полностью эквивалентно горению.
| Достоинства | Недостатки |
|---|---|
| Кислород можно использовать для реза любой сложности | Можно резать только углеродистые стали |
| Низкие цена оборудования и эксплуатационные затраты | Заготовленные листы иногда имеют неровные края, поэтому они проходят последующую обработку |
| Обработка металлов различной толщины (до 300 мм) | Широкая линия реза для толстых слоев металла |
Еще одна технология с использованием кислорода для толстых листов металла – кислородная резка с поддержкой лазерным лучом. Она заключается в том, что лазерный луч просто нагревает металл до 1000 градусов Цельсия. После нагрева направляется кислородный поток с большой скоростью. Результат резки – листы с идеально ровными краями.
Лазерная резка воздухом
Сжатый атмосферный воздух можно использовать в качестве газовой среды вместо азота или кислорода. При этом он подается компрессором с нужным давлением, поэтому воздух будет сжатым. Поскольку воздух почти на 80% состоит из азота, при попадании на металл он будет его оплавлять. 20% кислорода будут обеспечивать окисление и дополнительный нагрев металла.
Казалось бы, за воздух не нужно платить, но при резке сжатым воздухом на лазерном станке следует обратить внимание на такие моменты:
- Подготовка водуха. Необходимо приобрести хорошую систему фильтрации, цена которой может превысить стоимость компрессора;
- На стекле лазерной головки остаются примеси масла и частицы воды и снижают его прозрачность, и его нужно часто менять. Воздушная магистраль отвода газов из кабины станка, также подвергается загрязнению.
- Оптимальное давление воздуха для лазерной резки – 1.6 МПа, однако если обеспечить необходимую систему фильтрации, изначальное давление должно быть 20 – 25 Атм. Компрессор для лазерной резки металла воздухом будет довольно дорогим.
- Поскольку в воздухе содержится кислород, его не рекомендуется применять для обработки металлов, не переносящих окисление.
- Струя обычного воздуха немного быстрее, чем азотная, но не такая быстрая, как кислородная, поэтому на резку придется затратить больше электроэнергии и как следствие цена за 1 метр реза будет увеличена
- Особенно плохо использовать сжатый воздух при резке никелевых и хромовых листов, поскольку на участках реза образуются окислы, из-за чего кромка темнеет и снижаются механические свойства металла. Обязательно наличие шероховатости и грата. Сварка таких листов повлечет образование трещин, а конструкция будет отличаться низкой прочностью. Изготовленные листы потребуют дополнительной механической обработки.
Использование сжатого воздуха – крайне нежелательный и затратный способ раскроя листового металла.
АО "НПФ "Спецмаш" предлагает услугу лазерной резки металлов: черной и нержавеющей стали, алюминия и алюминиевых сплавов, меди, латуни, титана. Мы производим резку цельных листов, фигурную резку разной сложности. Оставьте заявку на сайте. Мы свяжемся с Вами, и наш специалист рассчитает цену услуги.
