МЕТАЛЛООБРАБОТКА НА ЗАКАЗ

ИЗДЕЛИЯ ЛЮБОЙ СЛОЖНОСТИ

Технология лазерной резки металла

Лазерная резка процесс

Инновации в области лазерной резки металлов довольно быстро внедряются в производство. Основным критерием внедрения является повышение эффективности и точности реза. Современные исследования включают как разработку новых типов лазеров – более мощных, с лучшей точностью луча – так и методов управления процессом резки.

Программное обеспечение лазерного раскроя на станках с ЧПУ уже позволяет настраивать параметры для конкретного материала и требуемой задачи, что позволяет снизить термическое воздействие и минимизировать количество дефектов шва. Ещё несколько лет назад считалось, что есть материалы, которые нельзя резать лазером (анодированный алюминий, титан, молибден, вольфрам), а сейчас такие методики являются профильными задачами. Они обеспечиваются выбором оборудования, типом вспомогательного газа и программируемой на ЧПУ технологией.

Какие бывают лазерные установки

Для лазерной резки используется оборудование, отличающееся по мощности. Чаще всего используется три типа установок:

  • Твердотельные лазерные установки, изготовленные на основе твёрдого кристалла, мощностью до 6 кВт. Применяются для работы с тонкими заготовками и хрупкими материалами.
  • Газовые лазерные установки. В качестве среды для накачки используются газ и электрический разряд. Такие установки имеют мощность до 20 кВт и широко применяются в промышленном производстве, благодаря относительной дешевизне и простоте эксплуатации.
  • Газодинамические лазерные установки. Это газовый лазер, но в качестве рабочей среды используется энергия нагретого и сжатого газа. Газодинамические лазеры имеют высокую мощность (свыше 100 кВт), что позволяет резать заготовки большой толщины.

На сегодняшний день самой доступной и распространённой является оптоволоконная лазерная установка, которая является разновидностью твердотельной. В качестве усиливающего элемента-резонатора используется оптоволокно с активным веществом, накачиваемым излучением широкополосных светодиодов или лазерных диодов. Волоконные лазеры компактны, устойчивы к температуре, имеют качественное охлаждение благодаря хорошему отношению площади резонатора к объёму. Используют волоконные лазеры для гравировки, резки листового металла, маркировки товаров, сварки нержавеющей стали для электроники и медицинских инструментов, отличающихся малыми размерами.

Принцип лазерной резки

Лазерная резка выполняется сфокусированным лучом без прямого контакта с заготовкой. Лазерное излучение создаёт высокую концентрацию тепловой энергии, в результате чего происходит локальный разогрев места будущего шва. Степень воздействия на металл определяется мощностью лазера, а так же свойствами самого материала: поглощением, отражением и теплопроводностью. Фокус лазера можно концентрировать как на поверхности, так и на некоторой глубине заготовки, что расширяет возможности обработки.

Схематичное изображение лазерной резки металла

Участок воздействия нагревается до температуры плавления, затем – до кипения и испарения металла. Скорость фазового перехода определяется мощностью лазера. Примечательно, что поверхность металла плавится так быстро, что заготовка не успевает прогреться и зона термического влияния оказывается небольшой.

Лазер можно использовать не только для раскроя, но и для сварки. Лазерная сварка позволяет соединять однородные и разнородные материалы с толщинами от нескольких микрометров до десятков миллиметров. При этом обеспечиваются высокая точность и скорость работ, минимальное коробление и температурные поводки металла.

Вспомогательные газы при лазерной резке

Второй силой, действующей на заготовку, является вспомогательная струя газа (воздух, кислород, азот, аргон), которая под давлением направляется в точку реза. Поток газа удаляет продукты разрушения, защищает оптику самого лазера от высокой температуры.

Струя газа не даёт образоваться очагу плазмы в зоне реза, что повлекло бы за собой изменение заготовки. Вспомогательные газы могут быть активными (кислород, воздух) и инертными (аргон, гелий, азот). В зависимости от их характеристик выбирается технология резки.

Виды вспомогательных газов:

  • Кислород и воздух – повышают температуру, увеличивая скорость обработки. Дают возможность резать более толстые листы металла. На поверхности реза образуется оксидная плёнка, что требует обработки перед окрашиванием или сваркой. Применяются для разрезания углеродистых сталей и сталей с низким содержанием легирующих добавок.
  • Азот – инертный газ, не вступающий в реакцию с металлом, он считается условно инертным. Азот позволяет увеличить точность раскроя заготовки и снизить зону термического влияния. Лазерной резкой с использованием азота обрабатывают нержавейку, алюминий, никель, высоколегированные стали.
  • Аргон, гелий – инертные газы с высокой теплоёмкостью. За счёт высокой теплоёмкости они лучше отводит тепло, формируя минимальную зону термического влияния. При лазерной резке аргон используют так же для закалки кромки детали. Но это дорогой способ резки, он используется для специальных работ – например, резке титана.

Чистота газа является важнейшим параметром при обработке. Чем выше чистота газа – тем лучше качество обработки и меньше воздействия на оптику лазера. Минимальные требования к чистоте газа для лазерной резки устанавливается на отметке 99,996% (для кислорода – 99,95%, для аргона – 99,998%). Доля воды и углеводородов во вспомогательном газе не должна превышать 5 и 1 ppm соответственно.

Что влияет на процесс лазерной резки

На процесс лазерной резки влияют параметры установки, фокусирующей системы и самого материала. Лазерное излучение характеризуется диаметром луча на выходе из резонатора, его расходимостью, степенью поляризации (упорядоченностью колебаний) и модовым составом излучения. Модовый состав – это плотность распределения мощности по сечению пучка, который можно представить в виде «пятна», где в центре будет самая высокая плотность, а по краям – самая низкая. Этот показатель установки важен для точности реза.

Фокусирующая система характеризуется способностью повышать плотность мощности лазерной установки за счёт фокусировки. Здесь применяется оптика проходного и отражательного типов – линзы и зеркала соответственно. Чем больше мощность лазера – тем выше требования к оптической системе.

На процесс лазерной резки так же влияют характеристики обрабатываемого материала – его отражательная способность и состояние поверхности. Проблема очевидна: при работе с такими материалами излучение отражается от поверхности обратно в фокусирующую линзу, что создаёт риск повреждения лазера. Медь, алюминий, бронза, зеркальная нержавейка и т.п. материалы характеризуются высокой отражательной способностью, их резка возможна при нанесении на поверхность светоотражающего материала и точной настройке параметров установки. Очень часто лазерная резка таких материалов нецелесообразна. Качество обработки заготовки можно повысить, подбирая положение фокуса по глубине заготовки, выбирая мощность установки, снижая скорость подачи. Ключевую роль в качестве лазерной резки играет вспомогательный газ: его химический состав, чистота и параметры подачи – давление и расход.

Резка металла лазером фото

Услуги лазерной резки в Саратове

Во многих случаях лазерная резка является технологией первого выбора, несмотря на её кажущуюся дороговизну. Целесообразность лазерной резки определяется количеством экземпляров, сложностью детали, необходимостью изготовления отверстий нестандартной формы и требованиям к качеству.

Специалисты ООО «МеталлоДеталь» рассчитают стоимость и сроки изготовления вашего заказа, порекомендуют наиболее дешёвый и простой способ производства. Компания располагает современным оборудованием и специалистами, способными изготавливать сложные детали методом лазерной резки. Производство расположено в г. Саратов, заказы доставляются по РФ и странам СНГ.