Наряду с лазерным лучом в процессе резки металла обязательно участвует сжатый газ. Сфокусированный лазерный луч, перемещаясь по заданной в программе траектории, расплавляет металл. Одновременно в зону реза подается струя газа, которая выходит из того же сопла, что и лазерный луч. Вспомогательный газ выдувает вниз расплавленный металл и выполняет другие важные функции:
- охлаждение кромок разреза, что предотвращает возникновение тепловых деформаций материала;
- защита оптики и лазерной головы от брызг расплавленного металла;
- участие в экзотермической реакции либо предотвращение окисления кромок разреза. Функция зависит от вида выбранного газа.
Особенности лазерной резки с применением кислорода
Кислород – активный газ, который вступает в экзотермическую реакцию окисления с нагретым лазером металлом. В результате реакции в зоне реза выделяется приблизительно в пять раз больше тепла, чем при использовании одного только лазерного луча. Температура в зоне реза значительно возрастает, что обеспечивает несколько важных преимуществ:
- увеличивается максимальная толщина разрезаемого металла;
- возрастает скорость резки и уменьшается время выполнения работы;
- на резку затрачивается меньше электроэнергии, что приводит к снижению себестоимости.
Однако, у лазерной резки с кислородом есть и существенный недостаток – окисление кромок разреза. Этого нельзя допускать при резке цветных металлов и сплавов, высоколегированных сталей, потому что затраты на последующую обработку кромок превысят экономию от использования кислорода. Нельзя резать с кислородом и нержавейку, которая в результате окисления теряет сопротивляемость к коррозии.
Технологию лазерно-кислородной резки применяют для углеродистой (черной) стали, низко- и среднелегированной стали, за исключением деталей, подлежащих окраске по срезам.
Давление кислорода, подаваемого в зону реза, находится в обратной зависимости от толщины металла. При увеличении толщины материала давление кислорода следует уменьшить в целях предотвращения мощной экзотермической реакции, которая может испортить качество резки. Фокус лазерного луча должен находиться на поверхности материала.
На скорость лазерной резки оказывает влияние чистота кислорода, поскольку оставшиеся в нем примеси замедляют окисление металла. Минимально допустимая чистота кислорода составляет 99,95%.
Использование азота в лазерной резке
Азот – условно-инертный газ, который может вступать в химические реакции с разрезаемым металлом, но не вступает с ним в реакцию окисления. Поступая из сопла, азот отсекает от зоны реза атмосферный воздух, защищая кромки разреза от контакта с содержащимся в воздухе кислородом. Азот используют в лазерной резке при необходимости уберечь кромки разреза от окисления и обеспечить безупречную чистоту и гладкость срезов.
Лазерную резку с азотом применяют для следующих материалов:
- нержавеющая сталь;
- сталь с высоким содержанием легирующих добавок;
- черные металлы при необходимости получить очень чистые срезы, например, если кромки вырезанных деталей будут подвергаться окрашиванию, или изготовленная деталь будет привариваться кромкой к другой детали;
- алюминий и его сплавы. Чистый алюминий можно резать и с помощью кислорода, но при этом образуются неровные кромки, которым необходима механическая обработка. Для получения ровных срезов алюминий предпочтительнее резать с азотом;
- другие цветные металлы и сплавы, за исключением титана;
- металлы с окрашенными поверхностями и с гальваническим покрытием. Резка таких материалов с кислородом приводит к образованию окалины и других дефектов, требующих механической обработки.
Азот обеспечивает множество преимуществ при лазерной резке:
- получение чистых, ровных и гладких кромок;
- отсутствие окалины;
- охлаждение кромок разреза, защита от перегрева и деформации
- сохранение коррозионной стойкости нержавеющей стали.
Недостатки лазерной резки с азотом обусловлены свойствами этого газа. Поскольку азот не вступает в экзотермическую реакцию с металлом, то в зоне реза отсутствует источник дополнительного тепла, поэтому для резки необходим мощный лазер. Скорость резки с азотом ниже по сравнению со скоростью резки с кислородом, а стоимость намного выше.
С увеличением толщины листа необходимо увеличивать давление азота. Фокус лазера должен располагаться ближе к нижней поверхности листа, благодаря чему получается более широкий разрез, в который подается больше сжатого азота. Для резки выбирают сопла диаметром от 1,5 мм и больше. Размер сопла зависит от толщины материала.
Для обеспечения надлежащего качества резки необходимо использовать азот с минимальной чистотой от 99,5%.
Применение аргона в лазерной резке титана
Для резки титана недопустимо использовать азот или кислород, так как эти газы участвуют в химической реакции с металлом, в результате чего титан становится хрупким, крошится и утрачивает свои свойства. Поэтому для его резки используют истинно инертный газ аргон, который вообще не вступает в химические реакции с материалом. Аргон вытесняет из зоны реза воздух, в котором содержатся азот и кислород, и защищает титан от реакции с этими газами. Чистота аргона для лазерной резки должна составлять 99,998%. К недостаткам этого газа относится его высокая стоимость.
Лазерная резка с использованием воздуха
В составе атмосферного воздуха содержатся примерно 78% азота, 21% кислорода, 0,9% аргона и другие газы. Воздух применяют для лазерной резки металлов малой толщины. Единственное преимущество воздуха перед азотом и кислородом заключается в его доступности. Газ можно брать прямо из окружающей среды. Однако, для подачи воздуха в зону реза газ необходимо очистить и сжать. Для этого понадобится приобрести надежную систему фильтрации и компрессор, которые стоят достаточно дорого.
Благодаря присутствию кислорода в химическом составе воздух окисляет металл, способствуя небольшому увеличению скорости резки. Однако, она значительно уступает скорости резки в чистом кислороде. В связи с увеличением продолжительности резки, на нее тратится больше электроэнергии. По качеству лазерной резки воздух не имеет преимуществ перед кислородом и азотом. И, конечно, не рекомендуется резать с воздухом те металлы, которые критически важно защитить от окисления.
Газификаторы для лазерной резки
В целях экономии будет разумно приобрести криогенный газификатор и работать не с воздухом, а с чистым кислородом или азотом. Криогенный газификатор представляет собой устройство, состоящее из наружного и внутреннего герметичных резервуаров, в пространстве между которыми создан глубокий вакуум для обеспечения теплоизоляции. Сжиженный газ хранится во внутреннем резервуаре при низкой температуре. Во время работы он поступает в испаритель, где преобразуется в газообразное состояние, затем газ подается в магистраль на лазерный станок.
Газификаторы обладают многочисленными преимуществами по сравнению с газовыми баллонами:
- экономия на газе. Одна тонна сжиженного газа эквивалентна ста баллонам объемом 40 л.
- экономия пространства. Газификатор занимает в несколько раз меньше места, чем эквивалентное ему количество баллонов;
- конструкция газификатора исключает попадание в газ ржавчины, пыли и других примесей из окружающей среды;
- отсутствие расходов времени на перестановку, замену и заправку баллонов обеспечивает рост производительности;
- безопасность и простота работы с газом. Давление в криогенном газификаторе в 10 раз ниже, чем в баллоне;
- простота в обслуживании газификатора.
Криогенные газификаторы можно приобрести на маркетплейсе INLASER.PRO с доставкой в любой регион России.