A lézerszabás hatékonysága valójában azon múlik, hogy különböző anyagok hogyan nyelik el és oszlatják el az energiát. Vegyük például a fémeket: a rozsdamentes acél és az alumínium viselkedése teljesen eltérő, mivel termikus tulajdonságaik is különbözőek. A rozsdamentes acél hővezetése viszonylag gyenge, körülbelül 15 W/mK, ami azt jelenti, hogy a hő egy helyen gyűlik össze. Az alumínium esetében viszont más a helyzet, hiszen vezetőképessége jóval magasabb, körülbelül 205 W/mK, tehát a hő gyorsan elterjed, ami nehezebbé teszi az egyenletes megolvasztást. A réz pedig egy egészen más történet. 1 mikronos hullámhosszon a réz visszatükrözi majdnem az összes fényt, pontosan 95%-ot. Ez a visszatükrözési probléma komoly beállításokat igényel a lézernyalábnál, ha stabil szabást akarunk elérni. A modern szálas lézerek szinte teljesen elnyelik az acél által kibocsátott energiát, közel 99%-os elnyelési rátával, de a réznél már nehezebb a helyzet, ahol az elnyelés csupán 60-70%-osra esik vissza. Ezért azokban a műhelyekben, ahol rézzel dolgoznak, gyakran szükség van különleges technikákra és felszerelésekre, hogy mindent rendben működjön.
A rozsda- és lágyacél vágásánál a szálas lézerek egyszerűen felülmúlják a CO2 rendszereket, különösen akkor, amikor vékonyfalú csövekkel dolgoznak, hiszen akár 30%-kal gyorsabban is vághatnak. Ennek oka, hogy a szálas lézerek lényegesen rövidebb hullámhosszon működnek, körülbelül 1,08 mikronon, amit a fémek, például az acél jobban elnyelnek, így kevesebb az energiapazarlás és rövidebbek az egész ciklusidők. Ugyanakkor a CO2 lézerek hosszabb hullámhosszon, 10,6 mikronon működnek, amely bizonyos feladatoknál hatékonyabb. Ezek kevésbé tükröződnek nem vasalapú fémek, például sárgaréz vágásánál, ezért a gyártók továbbra is támaszkodnak rájuk olyan feladatokban, ahol a stabilitás a legfontosabb. A 2023-as légiipari szektor legfrissebb számai szerint a szálas lézereket használó vállalatoknál az acélvágási költségek körülbelül 18,50 USD-t csökkentek méterenként a hagyományos CO2 beállításokhoz képest. E megtakarítás nagy része az üzemeltetés során szükséges segédgáz csökkentett mennyiségének és a jobb villamosenergia-hatékonyságnak köszönhető.
Három változó határozza meg kritikusan a vágási minőséget:
A szénacélnál a gáznyomás fenntartása 1,2–1,5 bar között elengedhetetlen a salak képződésének elkerüléséhez és a stabil vágási minőséghez.
A rozsdamentes acél és a enyhe acél az ipari csőlézeres vágási alkalmazások (IMTS 2023) több mint 65%-át képviseli, amelyet az erősség, hegeszthetőség és a lézerenergia-választhatóság egyensúlyáért értékelik. Ezek az anyagok 0,5 mm-től 25 mm-ig vastag, minimális hőhatású zónákkal dolgozhatók, így ideálisak a nagy pontosságú gyártáshoz.
Az austenites családhoz tartozó rozsdamentes acélok, mint például a 304-es és a 316-os, széles körben alkalmazottak, mivel körülbelül 18-20 százalék krómot tartalmaznak. Ez biztosítja számukra a kiváló ellenállást rozsda- és vegyi károsodással szemben. Ezeknek az anyagoknak a vágásakor a mai szálalapú lézertechnológia lehetővé teszi a nagyon pontos vágást. A vágási rés szélessége akár 0,1 mm-re is csökkenthető, méretpontossága pedig ±0,05 mm-en belül van még 15 mm vastag csöveknél is. A gyógyászati felszereléseket és az élelmiszeripari csöveket gyártó vállalatoknak éppen ilyen pontosságra van szükségük. Termékeik esetében teljesen sima felületek szükségesek, amelyek mentesek érdességtől és maradó forgácsolási hibáktól – ezt csupán korszerű lézeres rendszerek képesek stabilan garantálni a gyártási sorozatok során.
Oxidációmentes vágáshoz ajánlott 12–16 bar nyomású nitrogén segésgáz használata 3–8 mm-es rozsdamentes acélcsövek esetén. Vastagabb szelvényekhez (10–15 mm) 4 kW-os szálként működő lézer 0,8–1,2 m/perc sebességnél biztosítja a maradékanyag-mentes vágást, miközben minimalizálja a hő okozta torzulást. Ezek a paraméterek magas ismételhetőséget támogatnak automatizált gyártási környezetekben.
A viszonylag alacsony szén tartalom a lágyacélben (kevesebb, mint 0,3%) azt jelenti, hogy gyorsan elpárolog, amikor körülbelül 1500 Celsius-fokra hevítik. Ez a tulajdonság különösen alkalmas a lágyacél szálkásító lézeres vágására. Egy szabványos 6 kW-os lézerrendszerrel a műveleti sebesség elérheti a percenként körülbelül 2,5 métert 20 mm vastag lágyacél csövek vágásánál. A vágás majdnem függőleges éleket eredményez minimális szögeltéréssel (körülbelül plusz-mínusz fél fok), ami különösen jó hír a hegesztők számára, akik így nem kell, hogy többletidőt töltsenek a vágás utáni utófeldolgozásra. A költségek tekintetében is jelentős megtakarítás érhető el. A FMA 2023-as ipari adatai szerint a működési költségek körülbelül 23%-kal csökkennek a hagyományos plazmavágási módszerekhez képest.
25 mm-nél vastagabb szénacél csövek esetén a pulzált lézeres üzemmód (1–2 kHz) segít a hőbevitel szabályozásában és megakadályozza a deformálódást. Az oxigén alapú segédgáz keverékek javítják a salak eltávolítását, csökkentve a maradékanyag mennyiségét 40%-kal 30 mm-es szakaszoknál. Ez biztosítja a méretpontosságot a szerkezeti alkatrészekhez az építőiparban és a nehézgépgyártásban.
Egy első szintű autóipari beszállító 3D csőlézer-vágó rendszert alkalmazott 5000 üzemanyag-befecskendező cső napi gyártására 99,7% méretpontossággal. Ugyanez a rendszer 0,12 mm ismétlődési pontosságot ért el SS304-es repülőgép hidraulikai konzoloknál, csökkentve a megmunkálási időt 62%-kal a hagyományos megmunkálási módszerekhez képest.
Az alumínium valójában kiválóan tükrözi a fényt, körülbelül 90%-os hatékonysággal a tipikus lézerhullámhosszokon, amelyekkel dolgozunk, és viszonylag gyorsan hűl is. Ezek a tulajdonságok nehezítik a lézerenergia egyenletes elnyelését feldolgozás közben. Mi történik ezután? A megolvasztott anyag szétterjed, és a vágási rés egyenetlennek tűnik, különösen akkor, ha vékonyfalú csövekkel van dolgunk, amelyek gyártás közben gyakran előfordulnak. A hővezetés szintén kihívást jelent, mivel az alumínium hővezető képessége körülbelül ötször nagyobb, mint a rozsdamentes acélé. Ennek következtében az operátoroknak nagyon gondosan kell beállítaniuk a paramétereket, ha tiszta vágást szeretnének elérni az utólagosan kellemetlenül keletkező salak nélkül.
A nitrogén segésgázként való alkalmazása akár 70%-kal csökkenti az oxidációt az oxigénhez képest. Ezt kombinálva nagyfrekvenciás impulzusüzemű lézeres módozatokkal (≥2000 Hz) és optimalizált fúvókák közötti távolsággal (0,8–1,2 mm) a szélek simasága 25%-kal javul. Ezek az állítások kritikus fontosságúak tiszta, hegesztésre alkalmas felületek eléréséhez magas értékű alkalmazásokban.
Egy gyártó 2023-ban néhány tesztet végzett, amelyek során körülbelül plusz-mínusz 0,05 milliméter pontosságot értek el elektromos járművek akkumulátor dobozainak készítésekor a 6 kilowattos szálas lézerberendezésükkel. Érdekes dolgot is tapasztaltak, amikor ezeket a 6xxx sorozatú alumínium csöveket vágták – azáltal, hogy nyomon követték a hőmérséklet-változásokat, jelentősen csökkentették a hulladék mennyiségét, körülbelül 12 százalékról csupán 3 százalék fölé. A Materials Processing Technology folyóiratának legutóbbi tanulmányai szerint egyértelműen megfigyelhető az alumínium ipari felhasználásban való növekvő alkalmazása a könnyűsúlyú autók készítésére. Az elektromos autók gyártói jelenleg a korábban acélból készült alkatrészek körülbelül negyven százalékát speciálisan vágott alumínium alkatrészekre cserélik.
A szálkásított lézerek mára uralkodóvá váltak az alumíniumcső vágásában, a globális telepítések 68%-át teszik ki. 1,08 μm-es hullámhosszuk jobb elnyelődést biztosít, mint a CO₂-lézerek, lehetővé téve 1,2–1,8 m/perc vágási sebességet 8 mm-es alumíniumon salakmentes eredménnyel. Ez a teljesítmény serkenti elterjedésüket a légkondicionáló, szállítási és megújuló energia szektorokban.
A réz és sárgaréz anyagokkal való munka során ezek körülbelül 95% visszaverődést mutatnak a lézerenergia infravörös hullámhosszakon, néhány 2023-as kutatás szerint a Lézerfeldolgozó Intézettől. Ez a visszaverődés komoly problémákat okoz az optikai alkatrészeknél, és nehezíti a stabil feldolgozási körülmények fenntartását. A sárgaréz további nehézséget jelent, mivel vágáskor a cink komponens hajlamos elpárologni, ami szabálytalan vágásokat, egyenetlen éleket és néha akár apró lyukakat is okozhat az anyagban. Ezek elkerüléséhez a szakemberek többnyire impulzusos lézerbeállításokat alkalmaznak nitrogén gáz segítségével. Az impulzusok segítenek jobban kontrollálni az olvadási folyamatot, míg a nitrogén gátlja az oxidációt, így az egész vágási folyamat sokkal előrejelezhetőbbé és megbízhatóbbá válik ezekkel a nehezen kezelhető fémekkel szemben.
A mai szálkás lézerek akár 3 mm vastag tiszta rézlemezeket is képesek vágni 1 kW vagy annál nagyobb teljesítmény mellett, körülbelül 0,1 mm-es pontossággal, köszönhetően a fejlettebb nyalábvezérlési technológiának. De van egy fontos szempont: ezek a vágások körülbelül 30-40 százalékkal hosszabb időt vesznek igénybe, mint az acél anyagok vágása, mivel a réz rendkívül hatékonyan vezeti a hőt. Ennek lehetőségét a lézer 1,08 mikrométeres hullámhossza biztosítja, amelyet a réz körülbelül 22%-os mértékben szív fel, ez pedig majdnem háromszorosa a hagyományos CO2 lézereknek. Ez a fejlődés lehetővé tette finom alkatrészek, például vékonyfalú elektromos csövek és speciális hőcserélő rendszerek gyártását, ahol a pontosság a legfontosabb.
Három bevált módszer a réz és sárgaréz feldolgozás javítására:
Ezek a módszerek 62%-kal csökkentik a salakképződést, és fenntartják a vágási sebességet akár 20 m/perc értéken 2 mm-es sárgaréz csöveknél.
A 2023-as Global Industrial Cutting Survey legújabb adatai szerint a precíziós sárgaréz alkatrészek iránti kereslet majdnem felével nőtt, azonban továbbra is jelentős technikai akadályok állnak a megvalósítás útjában. A díszítő elemekhez, hajógyártási szerelvényekhez és orvostechnikai eszközökhöz szükséges, 0,2 mm alatti szoros tűrések elérése nem könnyű feladat a hagyományos vágórendszerekkel. Bár a 6 kW-os szálas lézerek képesek 8 mm-es sárgaréz anyagot vágni kb. 0,25 fokos pontossággal, egy ilyen gép üzemeltetésének költsége körülbelül 180 USD óránként. Ez a magas költség azt jelenti, hogy a vállalatok többnyire csak szükség esetén alkalmazzák ezeket, általában drága repülőgépipari alkalmazásokhoz vagy speciális mérőműszerekhez, ahol az extrém pontosság valóban fontos.
A modern cső-lézervágó gépek különböző teljesítményt nyújtanak kulcsfontosságú anyagok esetén:
| Anyag | Maximális vastagság (Fiber Laser) | Vágási minőség | Fontos tényezők |
|---|---|---|---|
| Rozsdamentes acél | 25 mm | Kiváló | Nitrogén segédgáz szükséges |
| Lágyacél | 30 mm | Nagy Precizitás | Oxigén segédgázzal optimális |
| Alumínium | 15 mm | Jó | Visszaverődést csökkentő bevonat ajánlott |
| Réz | 6 MM | Mérsékelt | Nagyobb teljesítményű lézerek (>6 kW) ajánlottak |
| Sárgaréz | 12 mm | Egyenséges | Impulzusfrekvencia beállítások kritikusak |
A rozsdamentes és lágyacélok továbbra is a legkedvezőbbek lézeres vágás szempontjából, folyamatosan ±0,1 mm-nél kisebb tűréssel. Az alumíniumhoz 30%-kal nagyobb vágási sebesség szükséges, mint acél esetén, hogy megelőzzük a salak képződést, míg a réz visszaverődése korlátozza az eredményességet – csupán 42% gyártó számol be megbízható eredményekről tiszta réz esetén, a 2023-as gyártási felmérések szerint.
A légi- és orvostechnikai szektor egyre inkább használ szálas lézereket 10 mm vastagságú titán csövek vágására. Az eredményes feldolgozáshoz szükséges:
Nikkel alapú szuperszövetek, mint például az Inconel, éves szinten 19%-os növekedést mutatnak a lézeres vágás terén, különösen magas hőmérsékleten alkalmazott kipufogó alkatrészek esetén, amelyek 1200 °C-ig tartósságot igényelnek.
Négy tényező határozza meg az optimális lézerbeállításokat:
A műveleti sebességek 12–15%-kal változhatnak már 0,5%-os összetételbeli eltérések esetén is, ezért próbavágásokat kell végezni új ötvözetekkel dolgozva.
A lézervágás attól függ, hogyan nyelik el és terítik szét az anyagok az energiát. A rozsdamentes acélhez és alumíniumhoz hasonló fémeknek eltérő termikus tulajdonságaik vannak, amelyek befolyásolják lézervágással szembeni reakciójukat.
A szálas lézerek kiváló sebességet és hatékonyságot biztosítanak a CO2 lézerekhez képest, különösen vékonyfalú csövek esetében, rövidebb hullámhosszuk és jobb energianyelésük miatt.
A szálas lézerek képesek a rezet és sárgarézet vágni bizonyos beállításokkal, mint például impulzusüzem, de ehhez több energia és idő szükséges, mint a lágyabb fémek esetében.
Segédgázok, mint a nitrogén és az oxigén, a vágási minőség javítására, az oxidáció megelőzésére és az hatékonyság növelésére szolgálnak anyagtól függően.
Igen, a szálas lézereket egyre inkább használják alumínium vágására azok hatékonysága miatt, bár az alumínium reflexiója és hővezető képessége miatt beállítások szükségesek.
Forró hírek
Az RT Laser egy országosan elismert high-tech vállalkozás, amely lézeres berendezések kutatására, fejlesztésére, gyártására és értékesítésére szakosodott. Fő termékeink közé tartoznak a szálas lézervágó gépek, a kézi lézerhegesztőgépek és a hajlítógépek.
No.6-8, Binhe ipari park, Jiyang kerület, Jinan város, Shandong prowincia, Kína.
Copyright © 2025 RAYTU LASER Technology Co.,Ltd. mindentől függetlenül. Adatvédelmi irányelvek
EN
