Түтік лазерлік кесу машиналары қандай түтік материалдарын дәл өңдей алады?

Қалай түтік Лазерлік кесу машиналары Әртүрлі материалдарды өңдеу

Түтікті кесуде лазер-материал әрекеттесуінің негіздері

Лазерлік кесу тиімділігі әртүрлі материалдардың энергияны жұтуы мен оны таратуына байланысты. Мысалы, металдарды алсақ, нержелік болат пен алюминий өзара ерекше келеді, себебі олардың жылу өткізгіштік қасиеттері әртүрлі. Нержелік болат жылуды нашар өткізеді, шамамен 15 Вт/мК, яғни жылу бір жерде жиналады. Ал алюминий басқаша, оның өткізгіштігі әлдеқайда жоғары - шамамен 205 Вт/мК, сондықтан жылу тез таралады және оны балқыту қиын болады. Ал мыс мүлдем басқа жағдайда болады. 1 микрон толқын ұзындығында мыс сәулелердің 95%-ын шағылтып жібереді. Бұл шағылу мәселесі лазерлік сәулеге күрделі түзетулер енгізуді талап етеді, егер тұрақты кесу алу қажет болса. Қазіргі заманғы талшықты лазерлер болатқа жуық шамамен 99% энергияны жұтады, бірақ мыс үшін бұл көрсеткіш 60-70% дейін төмендейді. Сол себепті мыспен жұмыс істейтін зауыттар жиі арнайы әдістер мен жабдықтарды қолдануға мәжбүр болады.

Металл өңдеуде талшынды және СО₂ лазерлерінің: өнімділік айырмашылықтары

Нержелі және көміртекті болаттарды кесу мәселесіне келсек, талшықты лазерлер CO2 жүйелерін түбегейлі жеңіп шығады, әсіресе жұқа қабырғалы түтіктермен жұмыс істеген кезде олар 30% жылдамырақ кесе алады. Себебі неде? Талшықты лазерлер металдардың (мысалы, болат) жақсы жұтып алатын 1,08 микрон шамасындағы әлдеқайда қысқа толқын ұзындығында жұмыс істейді, сондықтан энергияның артық бөлігі жоғалмайды және цикл уақыты қысқа болады. Керісінше, CO2 лазерлерінің толқын ұзындығы 10,6 микрон шамасында болып келеді, бұл қандай да бір жұмыстар үшін тиімдірек болып табылады. Мыс сияқты түсті металдарды кескен кезде олар көп шағылдырмайды, сондықтан өндірушілер стабильділік ең маңызды болып табылатын нақты тапсырмалар үшін оларға сүйеніп отырады. 2023 жылы ғарыш-әуе саласынан соңғы келген деректерге қарағанда, талшықты лазерлерді пайдаланған кәсіпорындар нержелі болатты кесу бойынша шығындары метріне орта есеппен 18,5 АҚШ долларына төмендеді. Бұл үнемдеудің көп бөлігі жұмыс істеу барысында қосымша газдың аз қажет болуы және жалпы электр энергиясын тиімді пайдалану есебінен қамтамасыз етілді.

Материалдардың үйлесімділігіне және кесу дәлдігіне әсер ететін негізгі факторлар

Кесу сапасына үш айнымалы маңызды әсер етеді:

1. Материалдың қалыңдығы : 10 мм-ден жоғары болатын құбырлар жылу жиналуды басқару мен бұрмалануды болдырмау үшін көп ретті немесе импульсты кесуді талап етеді.
2. Сәулені шоғырландыру : 0,1 мм фокустық дақ қалыңдығы төзімді болатта жоғары дәлдік береді, бірақ алюминий сияқты жоғары өткізгіш материалдарда тұрақсыздық туғызуы мүмкін.
3. Көмекші газдар : Азот төзімді болатта тот басуды болдырмайды, таза шеттер алуға мүмкіндік береді, ал қысылған ауа сапаны төмендетпей алюминий үшін 40% құны төмен болып табылады.

Көміртегілі болат үшін газ қысымын сақтау 1,2–1,5 бар шлак түзілуді болдырмау және кесу сапасының тұрақтылығын қамтамасыз ету үшін өте маңызды.

Төзімді болат пен жұмсақ болат: құбыр лазерлік кесу машиналарының негізгі қолданыстары

Нержелік және қарапайым болат IMTS 2023 шамамен 65% өнеркәсіптік түтік лазерлік кесу қолданыстарын ұсынады, олардың беріктігінің, дәнекерленуінің және лазерлік энергияға жауапкершілігінің тепе-теңдігі үшін бағаланады. Бұл материалдарды 0,5 мм-ден 25 мм-ге дейінгі қалыңдықта өңдеуге болады, жылу әсерінен зонасы аз болғандықтан жоғары дәлдіктегі өндіріс үшін қолайлы.

Нержелік болат түтігін лазерлік кесудің дәлдігі мен әсерлілігі

Аустенитті оттеге тұрақты болаттардың (мысалы, 304 және 316) көп пайдаланылу себебі олардың 18-20 пайызы хромнан тұратындығы. Осы хромнан қорғалу қасиеті жақсы болатын. Қазіргі таңда талшықты лазер технологиясының арқасында осындай материалдарды өте дәл кесуге болады. Қалыңдығы 15 мм болатын түтіктердің кесілу дәлдігі 0,05 мм дейін дәл және кесілу ені 0,1 мм-ге дейін төмен болуы мүмкін. Дәл осындай дәлдікті медициналық құрал-жабдықтар мен тамақ өнеркәсібіне арналған түтіктер жасайтын өндірушілерге қажет. Олардың өнімдерінде тегіс бет және ешқандай кемшіліктер болмауы керек, бұл өндірістік сериялар бойынша тек қана дамыған лазерлік жүйелердің ғана қол жеткізе алатын қасиеті.

Таза нержелі болатты кесу үшін лазердің тиімді параметрлері мен көмекші газдар

Тот баспайтын құбырларды 3–8 мм қалыңдықта азот көмегімен газ 12–16 бар қысымда түсу үшін ұсынылады. Қалыңдау бөліктер үшін (10–15 мм), 4 кВт талшықты лазер 0,8–1,2 м/мин жылдамдықпен жұмыс істесе, тербеліс пен жылулық деформацияны азайта отырып, таза кесу нәтижесін береді. Бұл параметрлер автоматтандырылған өндірістік ортада қайталану дәлдігін қамтамасыз етеді.

Неліктен талшықты лазерлік құбыр кесуге әлсіз болат ыңғайлы

Аз көміртегі бар болатта (0,3%-дан төмен) 1500 градус Цельсийге дейін қыздырған кезде тез буланады. Бұл қасиет арқылы арматураны талшынды лазер кесуге өте сәйкес келеді. 6 кВт лазер жүйесімен 20 мм қалыңдықтағы арматура құбырларын минутына 2,5 метрге дейінгі жылдамдықпен кесуге болады. Кесілген жерлер тік жиектерге ие болып, бұрыштық ауытқуы аз (шамамен жарты градус), дәл осының арқасында дәнекерлеушілерге қосымша уақыт жіберіп тазалау жұмыстарын жасау қажет болмайды. Сонымен қатар, бұл лазер жүйелері шығындарды үлкен үнемдеуге мүмкіндік береді. FMA 2023 жылғы деректерге сүйенсек, дәстүрлі плазмалық кесу әдісінен ауыстырған кезде жұмыс шығындары шамамен 23% азаяды.

Қалың көміртекті болат құбырлардағы жылу реттеу мен кесу сапасы

Қалыңдығы 25 мм асатын көміртекті болаттан жасалған құбырлар үшін импульсты лазерлік режимдер (1–2 кГц) жылу беруді басқаруға және бұрмалануды болдырмауға көмектеседі. Оттегіге негізделген көмекші газ қоспаларын қолдану 30 мм бөліктерде қалдықты 40% азайтса, шлакты шығаруға ықпал етеді. Бұл құрылыс пен ауыр техниканың конструктивті компоненттері үшін өлшемді дәлдік қамтамасыз етеді.

Зерттеу жағдайы: Әуе және автомобиль салаларындағы жоғары дәлдіктегі болат бөлшектер

Бір автомобильдік өндіруші 3D құбыр лазерлік кесу әдісін енгізіп, күніне 5000 отын шығару түтіктерін 99,7% өлшемді дәлдікпен шығарды. Дәл сол жүйе SS304 әуе гидравликалық белбеулерінде 0,12 мм қайталау дәлдігіне жетіп, келесі өңдеу уақытын 62% қысқартты.

Алюминий және басқа да темірден емес металдар: қиыншылықтар мен жетістіктер

Алюминий түтіктерді кесу кезіндегі жарық шағылыстыру мен жылу өткізгіштік мәселелері

Шын мәнінде, алюминий лазерлік толқын ұзындығында жұмыс істеген кезде жарықты 90% шағылыстырады және жылуды тез жоғалтады. Бұл сипаттамалар лазердің энергияны өңдеу кезінде біркелкі сіңіруіне қиындық туғызады. Келесі не болады? Балқыту бассейні бәріне тарайды және кесу нәтижесінде теңсіз қалыңдықта болады, әсіресе өндірісте жиі кездесетін жұқа қабырғалы түтіктермен жұмыс істеген кезде. Жылу өткізгіштік бұл жерде басқа қиындық болып табылады, себебі алюминий шамамен шңжылмайтын болатқа қарағанда 5 есе жақсы жылуды өткізеді. Осы себепті, операторлар таза кесу үшін және кейінгі жою қажет болатын дәрменсіз қалдықтардың пайда болмауы үшін өз параметрлерін өте ұқыпты түрде баптауы керек.

Тотығуды азайту және кесу сапасын жақсарту бойынша ең жақсы тәжірибелер

Азотты көмекші газ ретінде пайдалану оттегімен салыстырғанда тотығуды 70%-ға дейін азайтады. Бұны жоғары жиілікті импульсті лазерлік режимдермен (≥2 000 Гц) және оңтайландырылған саптама арақашықтықтармен (0,8–1,2 мм) үйлестіру жиектің тегістігін 25%-ға жақсартады. Осындай баптаулар жоғары құнды қолданыстар үшін таза, дәл беттер алу үшін маңызды.

Зерттеу жағдайы: Электр көліктерінің алюминий рамкалық компоненттері

2023 жылы өндіруші электрлік көлік аккумуляторларының тақталарын 6 киловаттық талшын лазерін пайдаланып жасаған кезде плюс-минус 0,05 миллиметрлік дәлдікке қол жеткізген. Олар 6xxx сериялы алюминий түтіктерін кескен кезде қызықты нәрсе байқаған - температура өзгерістерін бақылау арқылы қалдық материалды 12 пайыздық кесілген жағдайынан 3 пайыздық кесілген жағдайына дейін азайтқан. Жаңа жарияланған зерттеулер нәтижесінде Materials Processing Technology журналында алюминийді жеңілдету үшін көбірек пайдалануға көшіп жатқаны айтылған. Электр көлік жасаушылар енді болат бөлшектердің қырық пайызын арнайы кесілген алюминий бөлшектермен ауыстырып жатыр.

Өнеркәсіптік қолдануларда алюминий үшін талшын лазерлерін пайдаланудың өсуі

Талшынды лазерлер қазір алюминий түтіктерді кесуде басымдық танытады, әлемдегі орнатулардың 68% құрайды. Олардың 1,08 мкм толқын ұзындығы CO₂ лазерлеріне қарағанда жақсы жұтылу қасиетіне ие, соның нәтижесінде алюминийдің 8 мм қалыңдығын тұндыра отырмай 1,2–1,8 м/мин жылдамдықпен кесуге мүмкіндік береді. Бұл көрсеткіш желдету, көлік және қайта өңделетін энергетика салаларында қолдануды арттырады.

Қорғасын мен қызыл мыс: Түтік лазерлік кесу технологиясының шектеулерін жою

Қорғасын мен қызыл мыс түтіктерін өңдеудегі жоғары жарық шағылдыру қиындықтары

2023 жылғы Лазерлі өңдеу институтының соңғы зерттеулеріне сәйкес, мыс пен қола материалдарымен жұмыс істеген кезде олар инфрақызыл толқын ұзындықтарында лазер энергиясының шамамен 95%-ын шағылдырады. Бұл шағылу оптикалық бөлшектер үшін нақты проблемалар туғызады және тұрақты өңдеу жағдайларын сақтауды қиындатады. Қоланы кесу кезінде оның құрамына кіретін мырыш буға айналып кететіндіктен қиындық деңгейі тағы да артады, нәтижесінде кесілген жиектер тегіс болмайды және кейде материалда кішігірім тесіктер пайда болады. Осындай қиындықтардан шығу үшін көптеген мамандар әдетте импульсты лазерлік реттеулерді азот газының көмегімен қолданады. Импульстер балқуды тиімді басқаруға көмектеседі, ал азот тотығуды болдырмау арқылы өндірішілер үшін бұл қиын металдарды кесу процесін болжанатын және сенімді етеді.

Талшықты лазерлер таза мысты сенімді түрде кese ала ма? Техникалық талдау

Қазіргі таңда талшын лазерлер 1 кВт және одан жоғары қуатпен жұмыс істегенде таза мыс пластиналарды 3 мм қалыңдыққа дейін кесіп өтеді, ал сәуле бағытын басқару технологиясының арқасында дәлдік шамамен 0,1 мм құрайды. Бірақ бұнда бір ерекшелік бар: мыстың жылу өткізгіштігінің жоғары болуы себепті болатпен салыстырғанда кесу уақыты 30-40 пайызға ұзақ болады. Бұның бәрі лазердің 1,08 микрометр толқын ұзындығы мысқа 22% сіңірілуін қамтамасыз ететіндігімен мүмкін болды, бұл көне CO2 лазерлеріне қарағанда шамамен үш есе жақсырақ көрсеткіш. Бұл жетілдіру электр өткізгіштердің жұқа қабырғалары мен жылу алмасу жүйелері сияқты нақтылықты талап ететін бөлшектерді шығаруды ашты.

Шағылысу қаупін азайту және кесу біркелкілігін арттыру стратегиялары

Мыс пен жез өңдеуді жақсартатын үш дәлелденген әдіс:

• Бетің өңдеулері антишағылыстырғыш қаптамалар сіңіру қабілетін 18–25% арттырады
• Сәулені пішіндеу тіктөртбұрышты дақ нүсқалары шағылысу шығындарын азайтады
• Гибридті әдістер : Төмен қуатты алдын ала қыздыру импульсты кесуге дейін балқыту ыдысын тұрақтандырады

Бұл әдістер қалайының пайда болуын 62% азайтады және 2 мм қола түтіктерде кесу жылдамдығын 20 м/мин дейін сақтайды

Қола лазерлік кесуге деген нарықтық сұраныс пен техникалық шектеулер

2023 жылғы Әлемдік өнеркәсіптік кесу бойынша ең соңғы зерттеулерге сәйкес, дәл қола бөлшектерге деген сұраныс жартысына дейін артты, бірақ әлі де өте үлкен техникалық кедергілер бар. Әсемдік жабдықтар, теңіз құрылысының фурнитурасы, медициналық құралдар үшін қажетті 0,2 мм-ден төменгі дәлдікті алу үшін қалыпты кесу жүйелерін пайдалану қиын. Әрине, 6 кВт-тық талшықты лазерлер 0,25 дәреже дәлдікпен 8 мм қоланы өңдей алады, бірақ мұндай машина жұмысының сағатына шамамен 180 АҚШ долларына түседі. Мұндай баға көптеген компаниялардың оларды тек қана қажет болған жағдайда ғана пайдалануына әкеледі, әдетте ғарыштық қолданбалар немесе өте дәл өлшеулер қажет болатын арнайы аспаптар үшін қолданылады.

Түтік лазерлі кесу машиналары үшін материалдардың үйлесімділігі бойынша нұсқаулық

Лазердің қолайлылығы кестесі: Хромды болат, көміртекті болат, алюминий, мыс, қола

Қазіргі түтік лазерлі кесу машиналары негізгі материалдар бойынша әртүрлі өнімділік көрсетеді:

Пайдаланылатын болат пен тұтас болат лазерге ең қолайлы материалдар болып табылады және әрқашан ±0,1 мм дәлдікті қамтамасыз етеді. Дәнекер түзілуін болдырмау үшін алюминийді кесу жылдамдығы болаттан 30% жылдам болуы керек, ал мыс өзінің жарық шағылдыру қасиетіне байланысты нәтижеге қол жеткізуге кедергі келтіреді – 2023 жылғы шаруашылық зерттеулеріне сәйкес, тек 42% өндірушілер таза мыспен жұмыс істеудің сенімді нәтижесін хабарлаған.

Жаңадан пайда болған материалдар: арнайы өнеркәсіп салаларындағы титан мен құрылымдық қорытпалар

Әуе-кеңістік және медициналық саладағы кәсіпорындар титан құбырларды 10 мм қалыңдыққа дейін кесу үшін талшықты лазерлерді барынша пайдалануда. Тиімді өңдеу үшін қажет:

• 8–12 кВт лазерлік қуат
• Гелийге негізделген қорғаныш газды қоспалар
• 0,8 мс-тан кем импульс ұзақтығы

Инконель сияқты никель негізіндегі қорытпалар лазерлік кесуге 19% жылдық өсу көрсеткішіне ие, әсіресе 1200°C-қа дейінгі тұрақтылықты талап ететін жоғары температуралы шығару компоненттері үшін.

Сіздің материал үшін дұрыс лазер түрі мен параметрлерін таңдау

Төрт фактор лазердің тиімді параметрлерін анықтайды:

1. Материалдың жарық шағылдыру қабілеті : Мыс ≥4 кВт қуат талап етеді, ал болатты тиімді кесу үшін 2 кВт жеткілікті
2. Өткір қасиеттер : Жылу шашырауын басқару үшін алюминийге 3D форсунка жүйесі тиімді
3. Құбыр диаметрі : Айналу осьтері 300 мм дейінгі профильдерді қолдайды
4. Бетінің өңделу талабы : Пайдаланылатын газдардың 99,995% таза болуы арқылы нәтижелі түрде тозаңсыз кесу мүмкін болады

Жаңа қорытпалармен жұмыс істегенде операторлар сынақ кесулерін орындауы тиіс, өйткені құрамындағы 0,5% өзгеріс кесу жылдамдығын 12–15% өзгертетінін ескеру қажет

Сұрақтар мен жауаптар бөлімі

• Лазерлер әртүрлі металдарды қалай кеседі?

  Лазерлік кесу материалдардың энергияны жұтуы мен таралуына байланысты. Мысалы, нержавеюші болат пен алюминийдің лазерлік кесуге әртүрлі термиялық реакция көрсететіні белгілі

• Металдарды кесу үшін талқынды лазерлердің CO2 лазерлеріне қарағанда қандай артықшылықтары бар?

  Талқынды лазерлердің толқын ұзындығы қысқа болғандықтан және энергияны жақсы жұтатындықтан CO2 лазерлеріне қарағанда жоғары жылдамдық пен тиімділік көрсетеді, әсіресе жұқа қабырғалы түтіктер үшін

• Талқынды лазерлер мыс пен қоланы сенімді кесе ала ма?

  Талшынды лазерлер жұмсақ металдарға қарағанда күш пен уақыт қажет ететін импульсті лазерлік реттеулер сияқты өзгертулермен қолданып, мыс пен мырышты кесуге болады.

• Лазерлік кесуде қандай көмекші газдар қолданылады?

  Көмекші газдар ретінде азот пен оттегі материалға байланысты кесу сапасын жақсарту, тот басуды болдырмау және әсер ету дәлдігін арттыру үшін қолданылады.

• Талшынды лазерлер алюминий кесуге сәйкес пе?

  Иә, талшынды лазерлер алюминийдің шағылу қасиеті мен жылу өткізгіштігіне байланысты өзгертулер қажет болса да, оның тиімділігіне орай соңғы жылдары алюминийді кесу үшін кеңінен қолданылуда.