Как да изберем машини за лазерно рязане на тръби за различни видове тръбни материали?

Разбиране на съвместимостта с материали при лазерни машини за рязане на тръби

Често срещани тръбни материали, съвместими с влакнесто лазерно рязане: въглеродна стомана, неръждаема стомана, алуминий, месинг, мед и титан

Съвременните лазерни машини за рязане на тръби обработват ефективно шест основни метала: въглеродна стомана, неръждаема стомана, алуминий, месинг, мед и титан. Тези материали заемат над 85% от промишлените приложения за лазерно рязане на тръби, като влакнестите лазерни системи се доказват като особено ефективни поради адаптивността на дължината на вълната и високата им прецизност.

Основни свойства на материалите и промишлени приложения на металните тръби

Корозионната устойчивост на неръждаемата стомана я прави идеална за морски компоненти, докато лекотата на алуминия определя неговото приложение в производството за авиационно-космическата промишленост. Топлопроводимостта на медта подпомага производството на климатични системи, както е показано в проучвания за ефективност в индустрията. Титановите тръби, ценени за тяхното съотношение между здравина и тегло, доминират в производството на медицински импланти.

Как технологията на влакнестите лазери обработва отразяващи и неотразяващи метали

Влакнестите лазери използват дължина на вълната от 1064 nm, която метали като въглеродна стомана поглъщат ефективно. За отразяващи метали като алуминий и мед се използват импулсни лазерни режими и азотни спомагателни газове, за да се минимизира отклонението на енергията и да се осигури последователно качество на рязане.

Предизвикателства при рязане на материали с висока отразяваща способност като месинг и мед

Рязането на високорефлектиращи метали изисква прецизни настройки на фокуса и оптимизирано подаване на помощен газ, за да се предотврати отражението на лъча. Операторите трябва да балансират намалената скорост на рязане (обикновено с 20–40% по-бавна от тази при стомана) с по-високи настройки на мощността (3–6 kW), за да запазят цялостността на ръба и да избегнат оксидация, както е описано в Доклада за металообработката 2024.

Оптимизация на лазерната мощност и скоростта на рязане за различни материали на тръби

Препоръчителни настройки на лазерна мощност за въглеродна стомана и неръждаема стомана

За стоманени тръби от въглеродна стомана с дебелина под 8 мм, повечето цехове установяват, че влакнестите лазери с мощност между 2 и 3 kW се справят доста добре при скорости на рязане около 3 до 5 метра в минута. При неръждаемата стомана обаче положението е различно. Поради съдържащият се хром, тя изисква около 10 до 15 процента по-голяма плътност на мощността. Затова за дебелини на стената между 5 мм и 10 мм операторите обикновено използват лазери с мощност 3 до 4 kW, за да получат качествени резове с минимални остатъци от разтопен материал. И не забравяйте и газа-помощник азот. Използването му при налягане между 12 и 18 бара помага да се ограничи оксидацията по време на рязането, което има голямо значение за крайното качество на продукта при тези видове черни метали.

Настройване на скоростта и мощността за сплави на алуминий и мед

При работа с алуминиеви сплави като 6061-T6, обикновено е най-добре да се използват лазери в диапазона 3 до 4 kW, като се намали скоростта на рязане до между 1,5 и 3 метра в минута. Това помага температурата да остане достатъчно ниска, за да не се деформират тънкостенни тръби поради прекалено голямо топлинно натоварване. При медните сплави нещата стават по-сложни, тъй като те имат тенденция да отразяват лазерната светлина обратно. Повечето оператори постигат успех чрез използване на импулсни лазерни настройки, при които коефициентът на пулсация е около 70 до 90 процента. Според последните отраслови доклади от The Fabricator за 2024 година, се наблюдават доста впечатляващи постижения. В тях се посочва, че динамичното регулиране на фокусното разстояние по време на операциите по рязане може да съкрати времето за обработка с приблизително една четвърт, когато се работи конкретно с медни листове с дебелина 3 мм. Доста значимо подобрение, ако производителите могат правилно да прилагат тези техники в своите производствени линии.

Кейс студи: Производителност при рязане на 6 мм спрямо 12 мм тръби от неръждаема стомана

Изпитване на производството с използване на лазерна режеща машина за тръби с мощност 4 kW върху неръждаема стомана 304 показа:

• 6 мм тръби :

  • мощност 3 kW
  • скорост 4 m/мин
  • ±0,15 мм размерна точност

• 12 мм тръби :

  • мощност 4 kW
  • скорост 1,5 m/мин
  • точност ±0,25 мм

Резултатите показват, че лазерната мощност трябва да нараства значително с дебелината — необходима е с 33% по-голяма енергия при удвояване на дебелината на материала — докато по-прецизният контрол на налягането на газа (20–25 bar) подобрява отстраняването на разтопения метал.

Оценка на гъвкавостта на машината за размер, форма и обем на производство на тръби

Работа с кръгли, квадратни и правоъгълни профили на тръби

Съвременното лазерно режещо оборудване за тръби работи с всички видове профили, включително кръгли, квадратни и правоъгълни тръби, често използвани в строителни конструкции, каросерии на автомобили и системи за отопление/охлаждане в сгради. Въпреки че кръглите тръби все още представляват около половината от рязаното по света, напоследък се наблюдава тенденция към ъглови форми за проекти в съвременната архитектура и транспортната инфраструктура. Новите машини са оборудвани с функции като автоматично центриращи пипалки и регулируеми ролки, които помагат за стабилност при работа с трудни не-кръгли сечения. Когато става въпрос за обработка на материали като ъгъл или C-профили, производителите установиха, че използването на четири пипалкови системи вместо стария двупунктов метод намалява проблемите с огъването приблизително с една трета по време на процеса.

Адаптиране към производство с висок микс и променливи размери и форми на тръби

Когато се работи със смесени партиди материали, като тези алуминиеви кабелни тръби от 3 метра заедно с по-дълги стоманени конструкционни тръби от 9 метра, гъвкавостта става наистина важна. Най-новите модулни лазерни рязачни машини са оборудвани с регулируеми пипалки и интелигентен софтуер за оптимално разположение, който може да постигне около 89 процента използване на материала, дори когато се работи с най-различни по размер парчета. Тези машини имат и някои доста интересни функции. Бързосменящи се ротационни аксесоари се сменят за по-малко от четири минути, докато нивото на затегнатост се регулира автоматично между 20 и 200 psi в зависимост от това какво се реже. Освен това има пълно 360-градусово движение на рязещата глава, което намалява времето за настройка наполовина. Мастерски, използващи двойни станции за зареждане, осигуряват почти непрекъсната работа, което обикновено води до около 40 процента по-добър възвръщаемост на инвестициите за обекти, които редовно обработват повече от петнадесет различни форми на тръби всеки месец.

Оценка на дебелината на рязане и изискванията за прецизност според материала

Максимална дебелина на рязане за често срещани метали, използвайки влакнеста лазерна технология

С 6kW влакнеста лазерна система, рязането на въглеродна стомана може да достигне дълбочина от около 25 мм, докато неръждаемата стомана позволява дебелина от приблизително 20 мм. Когато става въпрос за алуминиеви и медни сплави обаче, тези материали обикновено достигат своя лимит при около 15 мм, тъй като не абсорбират лазерната енергия толкова ефективно, колкото стоманата. Рязането на тези метали изисква приблизително 30 до дори 50 процента по-висока плътност на мощността в сравнение с необходимата за работа със стомана. Титанът представлява напълно различен предизвикателство. Въпреки че е възможно рязане до 12 мм дебелина, трябва да се вземат специални предпазни мерки, тъй като титанът има склонност бързо да окислява по време на процеса на рязане. Това означава, че операторите трябва да защитават материала с инертни газове през цялата операция, за да се осигурят качествени резултати без нежелани повърхностни реакции.

Точни нужди за тънкостенен алуминий срещу дебелостенена въглеродна стомана

За тънкостенни алуминиеви части с дебелина от 0,5 до 3 милиметра, постигането на точност от плюс или минус 0,1 мм е абсолютно критично за приложения в аерокосмическата промишленост. Тази степен на прецизност обикновено се постига чрез използване на импулсен лазерен технология, която помага за контролиране на топлината и предотвратява деформации. Когато разглеждаме по-дебели материали от въглеродна стомана между 6 и 25 мм, акцентът се променя до известна степен. Важно става квадратността на ръба, която трябва да остане под половин градус отклонение. И разбира се, никой не иска шлака да остане по крайния продукт. Добавянето на високо налягане азот по време на процеса може да повиши качеството на ръба с около 40 процента при работа с 12 мм стоманени листове. Друго нещо, което заслужава внимание, е колко по-дълго време за предварително пробиване е необходимо за 20 мм стомана в сравнение със само 5 мм алуминий. Разликата всъщност е около три пъти по-дълга поради различните характеристики на топлинната маса между двата материала.

Напредък в ефективността на пробиване и качеството на ръба при различни материали

Адаптивните алгоритми за пробиване намаляват времето за пробиване на медни сплави с 55%. Хибридни дюзи, използващи смес от кислород и азот, осигуряват с 25% по-гладки ръбове при алуминий с дебелина 15 мм. Лазери с двойна дължина на вълната постигат повърхностна шероховитост Ra 0,8 µm при отразяващи метали – с 30% по-добро от едномодовите системи. Тези иновации са намалили стъпките за следоброботка с 18% при титанови медицински компоненти.

Избор на подходяща лазерна режеща машина за тръби в зависимост от приложението и промишлените нужди

Влаконни срещу CO2 лазерни рязачки: съвместимост с материали и експлоатационна ефективност

Според скорошен отраслеви еталон от 2023 година, влакнестите лазери всъщност спестяват около 30 процента повече енергия в сравнение с традиционните CO2 модели при работа с проводими метали като неръждаема стомана и алуминий. Тези лазери работят най-добре с метални листове дебели около 25 мм или по-малко. За непроводими материали обаче, повечето специалисти все още използват CO2 системи, тъй като те обикновено имат по-добри резултати в тези ситуации. Новото поколение влакнести режещи машини е оборудвано с т.нар. адаптивен контрол на дължината на вълната. Тази функция помага за намаляване на проблемите, причинени от отраженията при рязане на мед и месинг, което може да бъде доста трудно с по-старото оборудване.

Предимства на тръбни лазерни режещи машини в производството с висока скорост и голям обем

Напреднали системи достигат скорости на рязане до 120 метра в минута с точност ±0,1 mm, осигурявайки непрекъснато производство на автомобилни изпускателни системи и Вентилационни тръби. Автоматично зареждане в комбинация с софтуер за оптимизиране на разположението, управляван от изкуствен интелект, намалява отпадъците от материали с 18–22% в сравнение с ръчни методи.

Съпоставяне на характеристики на машини с приложения, специфични за дадена индустрия (напр. автомобилна, строителна, Вентилация, отопление и климатизация)

За производство на стоманени конструкции избягвайте машини с възможност за рязане над 25 мм и автоматично премахване на шлака. Подизводачите по климатизация печелят от компактни системи, способни да обработват тръби с диаметър 60–150 мм и бързо сменящи се мандрели.

Често задавани въпроси

Кои материали са съвместими с машини за лазерно рязане на тръби?

Машините за лазерно рязане на тръби могат да обработват материали като въглеродна стомана, неръждаема стомана, алуминий, латун, мед и титан.

Как фибер лазерната технология обработва отразяващи метали?

Фибер лазерите използват дължина на вълната 1,064 nm, а отразяващите метали като алуминий и мед се обработват чрез импулсни лазерни режими и помощни газове като азот, за да се минимизира отклонението на енергията.

Каква е максималната дебелина за рязане на въглеродна стомана с фибер лазерна технология?

С 6 kW фибер лазерна система рязането на въглеродна стомана може да достигне дълбочина около 25 мм.

Какви са предимствата на фибер лазера пред CO2 лазерните резачи?

Файбер лазерните рязачки често спестяват около 30% повече енергия в сравнение с CO2 модели, когато работят с проводими метали, и са оборудвани с адаптивен контрол на дължината на вълната за по-добро обработване на отразяващи материали като мед и месинг.