Laserové rezanie nehrdzavej ocele: parametre, pomocný plyn a vodítko na trysku

Ak prevádzkujete vláknový laser a už ste režili uhlíkovú oceľ, prvýkrát, keď na stroj vložíte plech z nehrdzavejúcej ocele, pravdepodobne použijete rovnaké parametre. Nepoužívajte ich. Nežiadateľná oceľ nie je „iba trochu ťažšie rezná uhlíková oceľ“ – fyzikálne zákony sú odlišné natoľko, že logika parametrov sa obráti a chyby sa prejavujú ako zafarbené okraje, struska, ktorú musíte odstrániť brúsením, a stratou koróznej odolnosti na súčiastkach, ktoré mali byť pasivované.

Tento sprievodca vysvetľuje, čo sa v skutočnosti mení pri rezaní nehrdzavejúcej ocele pomocou vláknového laseru, prečo je dusík – nie kyslík – štandardný plyn na podporu rezu, štyri premenné, ktoré rozhodujú o kvalite rezu, východiskové parametre založené na hrúbke materiálu a päť najčastejších prípadov zlyhania, ktoré sú priradené k spotrebným materiálom, ktoré ich odstraňujú.

Prečo nehrdzavejúca oceľ porušuje vaše zvyky pri rezaní uhlíkovej ocele

Tri vlastnosti materiálu spôsobujú, že sa nehrdzavejúca oceľ správa úplne inak než mäkká oceľ pod laserovým lúčom, a každá z nich ovplyvňuje iné rozhodnutie o parametroch.

Po prvé, odrazivosť. Nerezová oceľ odrazí významnú časť vlnovej dĺžky vlákna (~1,07 µm), najmä na začiatku impulzu. To znamená, že potrebujete dostatočný špičkový výkon na vytvorenie spojenia s povrchom ešte pred tým, ako sa rež stabilizuje – nastavenie parametrov optimalizované pre uhlíkovú oceľ sa často zasekne alebo vytvorí nestabilný priepich na nerezovej oceli.

Po druhé, nízka tepelná vodivosť. Nerezová oceľ pomaly šíri teplo, takže sa teplo hromadí priamo v reze namiesto toho, aby sa rozptyľovalo do plechu. Príliš pomalý rez spôsobí prehriatie okraja; materiál sa doslova spätného horenia do rezu a vznikne hrubá, znovuzatvrdnutá stena. Toto je opačný režim poruchy v porovnaní s uhlíkovou ocelou, kde rýchlosť je zvyčajne bezpečným parametrom.

Po tretie, oxidácia chrómu. Nerezová oceľ získava svoju odolnosť voči korózii vďaka obsahu chrómu. V okamihu, keď sa kyslík dotkne roztaveného rezu, chróm sa oxiduje na povrchu rezu, hrana stráca farbu (žltá → modrá → šedá) a stratíte pasívnu vrstvu, ktorá pôvodne robila súčiastku „nerezovou“. Práve tento jediný fakt je dôvodom, prečo voľba pomocného plynu dominuje všetkým ostatným faktorom uvedeným nižšie.

Prečo je dusík štandardným pomocným plynom pri rezaní nerezovej ocele

Rezanie nerezovej ocele kyslíkom je možné a je rýchle – kyslík podporuje exotermické horenie, ktoré pomáha lúču. Problém spočíva v tom, že horenie ponecháva oxidovanú a zmenenú farbu hrany, čo neuspokojí test odolnosti voči korózii pre akúkoľvek súčiastku určenú na vonkajšie prostredie, v potravinárskom priemysle, v lekárskych zariadeniach alebo kdekoľvek, kde má význam vzhľad a pasivácia. Následne teda zaplatíte dvakrát – raz za obrábanie, kefrovanie alebo pasiváciu hrany.

Dusík pôsobí opačne. Pokrýva reznú zónu a vytlačuje roztavený kov von bez reakcie s ním, takže rez má jasný, bezoxidový okraj, pripravený na zváranie alebo expedíciu. Pre akýkoľvek nehrdzavejúci oceľový diel, kde je stav okraja dôležitý, dusík nie je prémiovou možnosťou – je to základná voľba.

Tu sa dodávka plynu priamo na mieste stáva skutočným nástrojom na zníženie nákladov. Rad Jasné režanie spoločnosti Raysoar vyrába dusík s čistotou 99,99 % – 99,999 % priamo pri stroji (modely pokrývajú laserový výkon 3–30 kW, prietok 40–150 m³/h, hrúbku nehrdzavejúcej ocele 1–25 mm), čím nahradí dodávaný kvapalný dusík a zníži náklady na plyn o 50–90 %, pri typickej dobe návratnosti 12–24 mesiacov, v závislosti od objemu použitia a lokálnych cien plynov. Pre hrubšie profily alebo stroje s výkonom 12–120 kW rozširuje rozsah generátor zmesných plynov nastavením nižšej čistoty dusíka tam, kde je akceptovateľná mierne zmesná zložka plynu. Presné rezanie generátor zmesných plynov rozširuje rozsah nastavením nižšej čistoty dusíka tam, kde je akceptovateľná mierne zmesná zložka plynu.

Štyri premenné, ktoré rozhodujú o kvalite vášho rezu

Kvalita rezu z nehrdzavejúcej ocele zvyčajne nie je spôsobená jediným nesprávnym nastavením. Zvyčajne ide o interakciu štyroch premenných a zmena jednej bez úpravy ostatných je presne to, čo spôsobuje, že operátori „bežia za svojím vlastným chvostom“.

1. Výkon laseru vs. hrúbka materiálu

Výkon sa musí prispôsobiť hrúbke materiálu, avšak pri nehrdzavejúcej oceli zvyčajne dochádza k zlyhaniu pod – kvôli nedostatočnému výkonu, nie kvôli nadmerne vysokému výkonu. Príliš nízky výkon spôsobí, že lúč nikdy úplne nepretrhne materiál ani nepodporí trvalý rez, čo vedie k neúplnému preniknutiu a tvorbe veľkého množstva strúhania. Ako pravidlo sa odporúča pre nehrdzavejú oceľ vyhradiť viac výkonového rezervného priestoru ako pre uhlíkovú oceľ rovnakej hrúbky – efekt reflexie je skutočný.

2. Rýchlosť rezu: príliš vysoká rýchlosť spôsobuje strúhanie, príliš nízka rýchlosť spôsobuje popálenie

Toto je najužší rozsah rýchlostí pri reze nehrdzavejúcej ocele. Príliš vysoká rýchlosť bráni úplnému vystriedaniu topenej hmoty, čo spôsobuje, že strúhanie zostáva visieť pod okrajom. Príliš nízka rýchlosť využíva proti vám nízku tepelnú vodivosť – okraj sa prehrieva, čo vedie k nerovnému, znovu odliatemu povrchu steny a niekedy aj k vzniku hrotov. Správna rýchlosť je tá, pri ktorej sa topenina úplne vystrieda bez toho, aby sa zdržiavala tak dlho, že by sa okraj „upekol“.

3. Tlak asistujúceho plynu a priemer dýzy

Tlak a priemer dýzy tvoria páru, nie sú samostatné ovládacie prvky. Vyšší tlak čistejšie vyfúkava roztavený materiál, avšak len vtedy, ak priemer dýzy skutočne umožňuje požadovaný prietok – veľmi malý priemer dýzy pri veľmi vysokom tlaku spôsobuje nedostatok plynu. Pre nehrdzavejúcu oceľ sa zvyčajne používa priemer dýzy v rozmedzí 1,5–3,0 mm v kombinácii s tlakom čistého dusíka 10–20 bar; tento rozsah sa rozširuje so zvyšujúcou sa hrúbkou materiálu. Opotrebovaná alebo excentrická dýza okamžite túto rovnováhu naruší, preto stav dýzy patrí do rovnakej diskusie ako tlak ochranného plynu.

4. Poloha ohniska a stav ochrannej okienka

Poloha ohniska určuje miesto, kde je lúč najúzkejší vzhľadom na plech, a pri nehrdzavejúcej oceli je táto poloha kritická. Ak sa poloha ohniska posunie nad alebo pod optimálnu úroveň, kvalita rezu sa zhorší, aj keď sú všetky ostatné parametre dokonale nastavené. Neviditeľným problémom je ochranné okno ochranné okienko: ak sa na jeho povrchu usadí vrstva rozstrekovaného materiálu alebo usadenín z dymu, dochádza k oslabeniu energie lúča, čo má za následok efektívny pokles výkonu stroja. Zašpinené okienko predstavuje skrytú zmenu parametrov.

Rýchla referenčná tabuľka parametrov podľa hrúbky (1–30 mm)

Tabuľka nižšie je východiskovým bodom pre režanie nehrdzavejúcej ocele pomocou vláknového laseru s vysokobystrým dusíkom , zoradená do troch hrúbkových pásiem. Každé číslo považujte za ovládacie koleso na doladenie, nie za špecifikáciu, ktorej by ste slepo dôverovali.

Parametre sa líšia podľa modelu laseru, optického nastavenia a čistoty plynu; pred použitím výrobných nastavení vykonajte testovací rez na odpadovom materiáli.

Päť príznakov, päť riešení

Ak výrez z nehrdzavejúcej ocele vyzerá nesprávne, porovnajte príznak s jeho príčinou a potom s spotrebným materiálom, ktorý ho odstráni. Väčšina sťažností týkajúcich sa „kvality“ sa spätne viaže na plyn alebo optiku, nie na stroj.

Vzor je konzistentný: spotrebný materiál je zvyčajne lacnejší ako oprava, ktorú predchádza. Ochranné okno vymenené pri prvom znamení filmu stojí oveľa menej ako jeden deň s hrboľatými dielmi a brúsničkou.

Ako zvoliť veľkosť dodávky pomocného plynu

Rozhodnutie o plyne nie je „ktorý plyn“ – pre nehrdzavejúcu oceľ je odpoveď dusík – ide o to, „ako ho dodávať.“

Pre malosériová výroba s veľkým množstvom variantov v dielni, v tlakových fľašiach balený dusík vysoké čistoty je flexibilný začiatok: nízke počiatočné náklady, žiadny priestorový nárok, neskôr ľahko škálovateľný. Daňou je logistika – prenájom fľašiek, časové okná pre doručenie, výpadkový čas pri výmene a čistota, ktorá sa môže od dávky k dávke líšiť.

Pre dielňu rezanie nehrdzavejúcej ocele niekoľko hodín denne , generátor na mieste mení výpočty. Séria Bright Cutting je umiestnená pri stroji, vyrába 99,99–99,999 % N₂ podľa potreby, úplne odstraňuje dodávateľský reťazec a – podľa vlastných špecifikácií – zníži náklady na plyn o 50–90 %, pričom sa investícia obvykle vráti do 12–24 mesiacov v závislosti od objemu využitia a lokálnej ceny plynu. Pre stredne hrubé a hrubé materiály (používanie laserov s výkonom 12–120 kW) umožňuje generátor zmesných plynov pre jemné rezanie nastaviť čistotu plynu podľa konkrétnych požiadaviek na rezanie, čím dosahuje vyššie rýchlosti rezného procesu než kyslík, lepšiu kvalitu rezu než vzduch a nižšie náklady na rezanie než dusík.

Ďalšie kroky: Prispôsobte dýzu a okno hrúbke vášho materiálu

Tento problém nemusíte riešiť samostatne. Tri praktické kroky:

• Prehliadajte Tryska laseru a prispôsobte priemer otvoru a značku vašej rezného hlavy a rozsahu hrúbok materiálu.

• Prehliadajte Ochranné okná a nastavte frekvenciu výmeny pred tým, ako sa začne zhoršovať kvalita.

• Požiadajte o parameter pre rezanie nehrdzavejúcej ocele od Raysoar a odporúčania pre spotrebné materiály — pošlite nám model stroja, typický rozsah hrúbok a denný objem nerezovej ocele a získajte presne prispôsobené nastavenie dýzy / okienka / plynu namiesto odhadovania.

Často kladené otázky

Môžete rezať nerezovú oceľ laserom pomocou Air?Áno, a rezanie je rýchle, pretože vzduch podporuje exotermické horenie. Nevýhodou je oxidovaný a zafarbený rez, ktorý stráca koróznu odolnosť a zvyčajne vyžaduje ďalšie dokončenie. Používajte vzduch len pri nerezových súčiastkach, kde stav rezu nie je dôležitý; pre všetko ostatné používajte dusík.

Akú čistotu dusíka potrebujem na jasné rezanie nerezovej ocele? 99,99 % predstavuje cieľovú čistotu na dosiahnutie čistých, bezoxidových hrán; ak je čistota nižšia, môže dôjsť ku zafarbeniu hrán alebo nerovnosti povrchu – jav, ktorý je obzvlášť viditeľný pri hrubších polotovaroch, ktoré sa režú dlhšie. Pri rezaní nerezovej ocele s hrúbkou nad 16 mm je požadovaná čistota 99,999 %.

Akú veľkosť dýzy by ste mali použiť pri laserovom rezaní nerezovej ocele? Zvyčajne 1,5–3,0 mm, šírka sa zväčšuje s hrúbkou: približne 1,5–2,0 mm pre plech hrubý 1–3 mm a až 3,0–4,0 mm pre hrubé dosky. Vŕtaný otvor musí byť spárovaný s dostatočným tlakom plynu, aby sa skutočne dosiahlo požadované prietokové množstvo.

Prečo sa pri rezaní nehrdzavejúcej ocele objavujú žlté alebo hnedé farby? Takmer vždy ide o kyslík v reznom priestore – buď je pomocný plyn nepresný dusík, prietok je príliš nízky na vytlačenie okolitého vzduchu, alebo dochádza k úniku. Pred úpravou nastavení stroja overte čistotu plynu a celistvosť potrubia.

Má zavedenie dusíka na mieste zmysel pri rezaní nehrdzavejúcej ocele? ak režete nehrdzavejúcu oceľ niekoľko hodín denne, zvyčajne áno. Dusík N₂ s čistotou 99,99 % získaný na mieste odstraňuje logistické náklady spojené s dodávkou a kolísanie čistoty. Systémy ako Bright Cutting sú navrhnuté tak, aby znížili náklady na plyn o 50–90 %; doba návratnosti sa zvyčajne pohybuje medzi 12 a 24 mesiacmi, podľa objemu použitia a lokálnych cien plynu. Pri nižšom objeme použitia zostáva použitie dusíka z fliaš jednoduchším východiskovým riešením.