Як вибрати лазерні верстати для різання труб для різних матеріалів труб?

Сумісність матеріалів та її вплив на Ефективність лазерного різання труб

Поширені матеріали труб, сумісні з лазерним різанням (нержавіюча сталь, алюміній, латунь, мідь, титан)

Волоконні лазерні різаки добре працюють з п’ятьма основними типами металів. Нержавіюча сталь широко використовується завдяки своїй стійкості до корозії в промислових застосуваннях. Алюміній популярний для виготовлення легких деталей, необхідних у літаках і космічних апаратах. Латунь іноді використовують для декоративних елементів на будівлях. Мідь добре підходить для електричних проводів і труб, а титан часто застосовується в медичних пристроях, де найважливішою є міцність. Ці сучасні лазерні системи можуть обробляти сталеві пластини товщиною до 25 мм і кольорові метали товщиною близько 15 мм. Устаткування забезпечує точність ±0,1 мм, що має велике значення під час виготовлення деталей, які повинні витримувати навантаження або утворювати щільні, герметичні з'єднання.

Як склад матеріалу впливає на якість різання та ефективність обробки

Хімічний склад матеріалів відіграє важливу роль у їх взаємодії з лазером під час процесів різання. Візьмемо, наприклад, нержавіючу сталь: наявність хрому означає, що під час різання часто потрібна допоміжна подача азоту, щоб запобігти утворенню небажаних оксидних шарів. Алюміній створює інші виклики через свою високу теплопровідність — близько 237 Вт/мК, що робить необхідним використання імпульсного лазера для ефективного керування зонами плавлення. Працюючи з міддю або латунню, оператори зазвичай виявляють, що кисень добре працює для тонких листів, тоді як стиснене повітря краще підходить для товстого матеріалу. Це лише деякі з важливих факторів, які фахівці виробництва враховують при налаштуванні лазерного різання.

Збільшення вмісту вуглецю в сталях підвищує твердість кромки, але знижує швидкість різання на 18—22% порівняно з низьковуглецевою сталью через зростання потреби в енергії.

Виклики, пов’язані з теплопровідністю та відбивною здатністю кольорових металів

Алюміній має тенденцію швидко втрачати тепло, що означає необхідність на 15–20 відсотків більшої потужності на одиницю площі порівняно зі сталлю лише для підтримання стабільної ширини різу. Працюючи з міддю, виникає інша проблема. Мідь відбиває назад приблизно 85–90 відсотків випромінювання з довжиною хвилі 1 мікрометр від волоконних лазерів. Це створює серйозні проблеми із відбитими променями, які можуть пошкодити оптичні компоненти. Щоб уникнути цього ризику, багато підприємств змушені інвестувати в різні типи систем подачі променя, спеціально розроблені для зменшення цих небезпек. І нарешті, титан, який дуже нагрівається при контакті з киснем. Через цю реакцію виробникам доводиться використовувати спеціальні суміші інертних газів під час операцій різання, щоб запобігти раптовому займанню.

Чому матеріали з високою відбивною здатністю, такі як мідь і латунь, становлять загрозу для волоконних лазерних систем

Метали, такі як мідь і латунь, які добре відбивають світло, можуть відбивати назад у оптичну систему близько 65–75 відсотків лазерної енергії. Це створює реальні проблеми для обладнання, такого як резонатори та коліматори. Витрати на ремонт таких пошкоджень зазвичай сягають приблизно 740 000 доларів США, згідно з дослідженням Ponemon минулого року. Латунь, що містить менше 30% цинку, знижує цей рівень відбиття до прийнятного рівня — зазвичай між 45 і 50%. Проте чиста мідь завжди була складною у роботі, і до недавнього часу для неї потрібні були старомодні лазери CO2. Однак останнім часом були досягнуті певні прориви. Волоконні лазери з довжиною хвилі 1070 нм і спеціально направленими променями здатні розрізати мідні листи товщиною 2–5 мм, використовуючи лише 15% енергії, необхідної для традиційних систем CO2. Це значно зменшує експлуатаційні витрати.

Підбір потужності лазера відповідно до матеріалу труби та вимог до товщини

Вибір потужності лазера залежно від типу металу та товщини стінки

Правильний вибір потужності лазера значною мірою залежить від типу матеріалу, з яким ми працюємо, і товщини стінок. Наприклад, при роботі з тонкостінними трубами з нержавіючої сталі товщиною менше 5 мм, більшість фахівців вважають, що достатньо волоконних лазерів потужністю 3–4 кВт. Однак ситуація змінюється, коли йдеться про більш товсті матеріали, наприклад, вуглецеву сталь товщиною 10 мм, де для підтримки швидкості різання понад 2 метри на хвилину, за даними останнього керівництва JQ Laser від 2024 року, потрібно щонайменше 6 кВт. Особливо складно працювати з матеріалами з високою теплопровідністю, такими як мідь та титан. Ці матеріали споживають багато енергії, тому виробники зазвичай рекомендують використовувати системи потужністю від 8 до 12 кВт, якщо товщина перевищує 6 мм.

Оптимальні налаштування для труб з вуглецевої та нержавіючої сталі

Вуглецева сталь передбачувано реагує на лазерну енергію, що дозволяє ефективно різати при потужності 3—4 кВт. Навпаки, нержавіюча сталь потребує на 10—15% більшої потужності та захисту азотом для збереження якості краю. Дослідження 2024 року показало, що використання волоконного лазера потужністю 4 кВт для нержавіючої сталі товщиною 5 мм забезпечило гладкість краю на рівні 98,5%, що значно перевершує результати установок 3 кВт (92%).

Потреба у високій потужності для товстостінних профілів із титану та міді

Висока температура плавлення титану, близько 1668 градусів Цельсія, та відбивна природа міді означають, що більшості цехів потрібні волоконні лазери потужністю від 8 до 12 кіловат або гібридні установки лазерно-дугового зварювання, коли йдеться про товщину стінки понад 6 міліметрів. Деякі з найновіших моделей волоконних лазерів дійсно здатні розрізати мідні пластини товщиною 8 мм при потужності всього 6 кВт, не пошкоджуючи оптики, проте багато виробників досі віддають перевагу перевіреним лазерам CO2 для матеріалів товщиною 10 мм і більше, згідно з тестами Feijiu Laser, на які ми всі посилаємося. І не забувайте про застосування азоту як допоміжного газу під час операцій різання — це значно зменшує деформацію та запобігає небажаному окисненню цих складних металів.

Волоконний чи CO2 лазер: вибір правильних технологій для вашого матеріалу

Переваги волоконних лазерів для труб із нержавіючої сталі, алюмінію та латуні

Коли йдеться про роботу з металами, такими як нержавіюча сталь, алюміній та проміжні латунні трубки, що широко використовуються в автомобільних деталях і компонентах літаків, волоконні лазери просто перевершують інші варіанти. Ці системи можуть досягати точності всередині 0,1 мм для матеріалів товщиною до 20 мм, що досить вражає. І це ще не все. Волоконні лазери зазвичай працюють приблизно на 30 відсотків швидше, ніж традиційні CO2-установки, використовуючи на 20–30 відсотків менше азоту під час роботи. Насправді виділяється їхня довжина хвилі 1064 нм, яка фактично зменшує тепловий ушкодження в чутливих латунних частинах, таких як приладові фітинги. Це означає, що виробники отримують кращу розмірну стабільність без проблем деформації, властивих старим технологіям.

Ефективність CO2-лазера на високо відбиваючих матеріалах, таких як мідь та латунь

При роботі з мідними або латунними трубами товщиною понад 15 мм більшість фахівців все ще використовують лазери на основі CO2 через їхню довжину хвилі 10,6 мікрометра. Ці хвилі відбиваються значно менше, ніж у волоконних лазерів, що робить їх набагато практичнішими для такого роду робіт. Дослідження показали, що системи лазерів CO2 можуть дотримуватися допусків у межах ±0,15 мм навіть на латуні товщиною 25 мм. Вони зрізують із швидкістю близько 2,5 метра на хвилину, і практично немає ризику пошкодження через зворотне відбиття під час процесу, що підтверджено різними термічними тестами. Завдяки такій надійності лазери CO2 широко використовуються в критичних застосуваннях, таких як виробництво електричних компонентів та суднобудування, де найважливішою є точність.

Енергоефективність, обслуговування та експлуатаційні витрати: порівняння волоконних лазерів і CO2

Волоконні лазери використовують на 50% менше енергії, ніж моделі CO— (NMLaser 2024), а витрати на обслуговування становлять у середньому 0,08 $/год порівняно з 0,18 $/год для систем CO—. Їхня твердотільна конструкція виключає дзеркала та резонаторні гази, зменшуючи час простою та потребу в витратах.

Спростовуємо міф: чи можуть волоконні лазери безпечно різати чисті мідні труби?

Колись мідь практично не використовували у волоконних лазерах через її 98% відбивну здатність на довжинах хвиль у діапазоні 1 мкм. Однак за останній час ситуація значно змінилася. Сучасні лазерні системи оснащені різноманітними передовими технологіями, такими як керування формою імпульсу, спеціальні антирефлексні покриття та поліпшені кутові промені, що дозволяє виробникам розрізати суцільні мідні листи завтовшки до 10 мм зі швидкістю близько 1,8 метра на хвилину. Самі розрізи теж досить точні — шириною менше 0,3 мм. За даними тестів, проведених минулого року, ці оновлення зменшили проблеми, пов’язані зі зворотним відбиттям, майже на 90% порівняно з попередніми показниками. Це прорив означає, що такі галузі, як опалення, вентиляція, кондиціонування, напівпровідники та електропередачі, більше не змушені повністю покладатися на застарілу технологію СО2-лазерів для обробки міді.

Поширені запитання

Які матеріали сумісні з лазерним різанням труб?

До поширених матеріалів, що сумісні з лазерним різанням труб, належать нержавіюча сталь, алюміній, латунь, мідь та титан.

Як склад матеріалу впливає на лазерне різання?

Склад матеріалу впливає на лазерне різання через теплопровідність і відбивну здатність, що мають велике значення для якості розрізу та ефективності обробки.

Чому волоконні лазери вважаються кращими для певних металів?

Волоконні лазери вважаються кращими для таких металів, як нержавіюча сталь і алюміній, завдяки їх точності, швидкості та нижчому енергоспоживанню порівняно з традиційними CO2-лазерними установками.

З якими труднощами стикаються волоконні лазери при роботі з високовідбивними матеріалами?

Високовідбивні матеріали, такі як мідь, можуть відбивати значну частину лазерної енергії назад у систему, що загрожує пошкодженням обладнання. Для вирішення цих проблем потрібні спеціалізовані системи.

Які переваги мають CO2-лазери для міді та латуні?

CO2-лазери ефективні для різання товстої міді та латуні завдяки своїй довжині хвилі, яка зменшує зворотне відбиття й забезпечує високу точність.