Лазерне різання нержавіючої сталі: параметри, допоміжний газ та керівництво щодо сопла

Якщо ви керуєте ласер з волокна і раніше різали вуглецеву сталь, то при першому розрізанні листа нержавіючої сталі, ймовірно, використаєте ті самі параметри. Не робіть цього. Нержавіюча сталь — це не «вуглецева сталь, яку трохи складніше різати»: фізичні процеси настільки відрізняються, що логіка підбору параметрів змінюється на протилежну, а помилки проявляються у вигляді потемнілих кромок, шлаку, який доводиться зачищати шліфуванням, і втрати корозійної стійкості у деталях, що мали б бути пасивовані.

У цьому посібнику розглядається, що саме змінюється під час різання нержавіючої сталі волоконним лазером, чому азот — а не кисень — є стандартним допоміжним газом, які чотири змінні визначають якість різання, які початкові параметри слід використовувати залежно від товщини матеріалу, а також які п’ять найпоширеніших видів відмов пов’язані з конкретними споживаними компонентами, що їх усувають.

Чому нержавіюча сталь порушує ваші звички різання вуглецевої сталі

Три властивості матеріалу роблять поведінку нержавіючої сталі під лазерним променем принципово відмінною від поведінки низьковуглецевої сталі, і кожна з них впливає на вибір іншого параметра.

По-перше, відбивна здатність. Нержавіюча сталь відбиває значну частку довжини хвилі волоконного лазера (~1,07 мкм), особливо на початку імпульсу. Це означає, що потрібна достатня пікова потужність для збудження поверхні до стабілізації різання — параметри, налаштовані для вуглецевої сталі, часто призводять до затримки або нестабільного пробивання в нержавіючій сталі.

По-друге, низька теплопровідність. У нержавіючій сталі тепло поширюється повільно, тому воно накопичується саме в надрізі, а не розсіюється в товщі листа. Якщо різати надто повільно, край перегрівається; матеріал буквально «спалахує» назад у надріз, утворюючи шорстку, заново затверділу стінку. Це протилежний режим відмови порівняно з вуглецевою сталью, де швидкість зазвичай є безпечним регулювальним параметром.

По-третє, окислення хрому. Нержавіюча сталь отримує свою стійкість до корозії завдяки вмісту хрому. В ту мить, коли кисень торкається розплавленого краю, хром окиснюється на зрізаній поверхні, край набуває іншого кольору (жовтий → синій → сірий), і ви втрачаєте пасивний шар, який спочатку зробив деталь «нержавіючою». Саме цей єдиний факт пояснює, чому вибір допоміжного газу має переважне значення над усіма іншими факторами нижче.

Чому азот є типовим допоміжним газом для нержавіючої сталі

Різати нержавіючу сталь киснем можливо, і це швидко — кисень підтримує екзотермічне горіння, що сприяє лазерному променю. Проблема в тому, що таке горіння залишає окиснений, потемнілий край, який не проходить випробування на корозійну стійкість для будь-яких деталей, призначених для зовнішнього використання, сфер харчування, медичних умов або будь-яких інших випадків, де важливі зовнішній вигляд і пасивація. У результаті вам доводиться додатково оплачувати шліфування, щіткування або пасивацію краю.

Азот робить навпаки. Він утворює захисну атмосферу в зоні різання й виштовхує розплавлений метал, не реагуючи з ним, тож край виходить блискучим, без оксидів і готовим до зварювання чи відправки. Для будь-якої деталі з нержавіючої сталі, де стан краю має значення, азот — це не преміальний варіант, а базовий.

Саме тут локальне постачання газу стає справжнім фактором впливу на витрати. Серія Яскраве різання raysoar виробляє азот із чистотою 99,99–99,999 % безпосередньо біля верстата (моделі охоплюють лазерну потужність 3–30 кВт, витрату газу 40–150 м³/год, товщину нержавіючої сталі 1–25 мм), замінюючи доставлений рідкий азот і скорочуючи витрати на газ на 50–90 %; термін окупності зазвичай становить 12–24 місяці — залежно від обсягу використання та місцевих цін на газ. Для більш товстих заготовок або верстатів потужністю 12–120 кВт генератор суміші газів розширює можливості, знижуючи чистоту азоту там, де прийнятна невелика домішка інших газів. Точна розкрійка генератор суміші газів

Чотири змінні, що визначають якість різання

Якість різання нержавіючої сталі рідко залежить від одного-єдиного неправильного параметра. Зазвичай це результат взаємодії чотирьох змінних, і зміна лише одного параметра без коригування інших — це те, що змушує операторів «бігати по колу».

1. Потужність лазера порівняно з товщиною матеріалу

Потужність має зростати разом із товщиною, але у випадку нержавіючої сталі переважно виникає не надлишок, а недостатня потужність. під дією - Недостатня потужність призводить до того, що промінь ніколи повністю не пробиває матеріал або не підтримує стабільне різання, тому ви отримуєте неповне проникнення й важкий шлак. Як правило, для нержавіючої сталі потрібно більший запас потужності, ніж для вуглецевої сталі такої самої товщини — «податок» за високу відбивну здатність дійсно існує.

2. Швидкість різання: надто висока — шлак, надто низька — перегрів

Це найвужче вікно параметрів для нержавіючої сталі. Якщо швидкість надто висока, розплав не встигає повністю видалитися, і шлак залишається під кромкою. Якщо швидкість надто низька, низька теплопровідність матеріалу грає проти вас — кромка перегрівається, і ви отримуєте шорстку, повторно затверділу стінку різу, а іноді й заусенці. Оптимальна швидкість — це така, при якій розплав видаляється чисто й без затримки, достатньої для перегріву кромки.

3. Тиск допоміжного газу та діаметр сопла

Тиск і діаметр сопла — це пара параметрів, а не окремі регулювальні елементи. Вищий тиск забезпечує чистіше видалення розплаву, але лише за умови, що діаметр сопла дозволяє забезпечити потрібну витрату газу: надто малий діаметр при надмірному тиску призводить до недостатньої подачі. Для нержавіючої сталі типовий робочий діапазон — діаметр сопла 1,5–3,0 мм у поєднанні з тиском чистого азоту 10–20 бар; цей діапазон розширюється зі зростанням товщини матеріалу. Зношене або ексцентричне сопло миттєво порушує цю балансувальну залежність, тому стан сопла має обговорюватися разом із тиском газу.

4. Положення фокусу та стан захисного вікна

Положення фокусу визначає, де промінь має найменший діаметр щодо поверхні листа, і нержавіюча сталь дуже чутлива до його точності. Навіть незначне зміщення фокусу вгору чи вниз призводить до різкого погіршення якості зрізу, навіть якщо всі інші параметри встановлено ідеально. Прихованим фактором ризику є захисне вікно захисне вікно: як тільки на ньому утворюється плівка бризок або залишків диму, воно ослаблює енергію лазерного променя, і машина фактично втрачає потужність. Брудне вікно — це прихована зміна параметрів.

Швидкий довідник параметрів за товщиною (1–30 мм)

Нижче наведена таблиця — це початкова точка для різання нержавіючої сталі волоконним лазером з азотом високої чистоти , організована в три діапазони товщин. Розумійте кожне число як регулятор для налаштування, а не як параметр, якому можна сліпо довіряти.

Параметри залежать від моделі лазера, оптичної конфігурації та чистоти газу; перед встановленням виробничих параметрів виконайте пробне різання на відходах.

П’ять симптомів, п’ять рішень

Коли різ стальним матеріалом виглядає неправильним, співвіднесіть симптом із його причиною, а потім — із витратним елементом, що усуває проблему. Більшість скарг щодо «якості» пов’язані з газом або оптикою, а не з обладнанням.

Патерн є послідовним: споживаний матеріал зазвичай дешевший за передчасну переробку, яку він запобігає. Захисне вікно, замінене при перших ознаках плівки, коштує набагато менше, ніж день виробів із заусеницями та шліфувальний верстат.

Як підібрати потужність подачі допоміжного газу

Вибір газу — це не «який газ», а для нержавіючої сталі відповідь — азот; справа в тому, «як його подавати».

Для мала партія, багато різновидів у майстерні, у пляшках — азот високої чистоти — це гнучкий старт: низькі початкові витрати, без займання площі, просте масштабування згодом. Але вартість логістики — оренда балонів, графік доставки, простої під час заміни балонів та коливання чистоти від партії до партії.

Для майстерні різання нержавіючої сталі кілька годин на день , генератор на місці змінює розрахунки. Серія Bright Cutting розташовується безпосередньо біля верстата, виробляє азот N₂ з чистотою 99,99–99,999 % за запитом, повністю усуває ланцюг доставки й — згідно з власними специфікаціями — скорочує витрати на газ на 50–90 %, термін окупності зазвичай становить 12–24 місяці, залежно від обсягу використання та місцевих цін на газ. Для середніх і товстих заготовок (при використанні лазерів потужністю 12–120 кВт) генератор суміші газів для точного різання дозволяє регулювати чистоту газу залежно від конкретних вимог до різання, забезпечуючи вищу швидкість різання порівняно з киснем, кращу якість різання порівняно з повітрям та нижчу вартість різання порівняно з азотом.

Наступні кроки: підберіть сопло й вікно відповідно до товщини матеріалу

Ви не повинні вирішувати це самостійно. Три практичні кроки:

• Перегляньте Лазерні горілки щоб підібрати діаметр отвору та бренд під вашу різальну головку й товщину стрічки.

• Перегляньте Захисні вікна та встановіть графік заміни до того, як якість почне погіршуватися.

• Запитайте у Raysoar технічні параметри різання нержавіючої сталі та рекомендації щодо споживних матеріалів — надішліть модель вашого обладнання, типовий діапазон товщини та щоденний обсяг різання нержавіючої сталі й отримайте підібрану конфігурацію сопла / вікна / газу замість спроб вгадати.

Часті запитання

Чи можна різати нержавіючу сталь лазером за допомогою Повітряний ?Так, і різання відбувається швидко, оскільки повітря підтримує екзотермічне згоряння. Однак край отримує окислену, потемнілу поверхню, що втрачає корозійну стійкість і зазвичай потребує додаткової обробки. Використовуйте повітря лише для деталей із нержавіючої сталі, де стан краю не має значення; для всього іншого використовуйте азот.

Яка чистота азоту потрібна для яскравого різання нержавіючої сталі? 99,99 % — це цільовий рівень чистоти для отримання чистих кромок без оксидів; якщо чистота нижча за це значення, це може призвести до потемніння кромок або шорсткості поверхні — явище, особливо помітне на товстих заготовках під час тривалого різання. Для нержавіючої сталі з товщиною понад 16 мм вимагається чистота 99,999 %.

Який розмір сопла слід використовувати для лазерного різання нержавіючої сталі? Зазвичай 1,5–3,0 мм; діаметр збільшується разом із товщиною: ~1,5–2,0 мм для листа товщиною 1–3 мм і до 3,0–4,0 мм для важкої плити. Діаметр отвору має бути узгоджений із достатнім тиском газу, щоб забезпечити необхідну витрату.

Чому мої різи по нержавіючій сталі набувають жовтуватого або коричневатого відтінку? Майже завжди це спричинено присутністю кисню в зоні різання — або допоміжний газ не є чистим азотом, або його витрата надто низька для витіснення повітря, або є витік. Перш ніж змінювати параметри обладнання, перевірте чистоту газу та герметичність магістралі.

Чи варто встановлювати азотну установку на місці для різання нержавіючої сталі? так, якщо ви ріжете нержавіючу сталь кілька годин на день, зазвичай так. Азот N₂ з чистотою 99,99 %, отриманий на місці, усуває логістичні витрати на доставку й коливання чистоти; системи, такі як Bright Cutting, розраховані на зниження витрат на газ на 50–90 %, а термін окупності зазвичай становить 12–24 місяці — залежно від обсягу використання та місцевих цін на газ. При меншому обсязі використання балонований азот залишається простішим рішенням для початку.