Лазерная резка металлов: газовый фактор как основа эффективности технологии

Раскрой материала под воздействием лазера используется на многих производственных линиях. Благодаря сверхвысокой концентрации энергии лазерная резка позволяет обрабатывать любые металлы вне зависимости от их теплофизических характеристик. К другим преимущества подобной технологии по сравнению с альтернативными способами раскроя можно отнести:

• узкий рез при минимальной зоне термического воздействия;
• отсутствие механического влияния на обрабатываемый материал;
• высокая производительность процесса;
• отличное качество поверхности реза.

Лазер может использоваться не только для раскроя, но и для сварки металлов. Благодаря регулировке мощности светового потока можно сваривать однородные и разнородные материалы в разных диапазонах толщин – от нескольких микрон до десятков миллиметров. Высокая концентрация энергии позволяет выполнять работу со скоростью, существенно превышающую скорость работы обычной дуговой сварки. Кстати, об электродуговой технологии можно прочитать в статье: дуговая сварка в защитной среде – развитие и эволюция процесса.

Сегодня на рынке представлены комплексы лазерной резки на основе волоконных, твердотельных (диодных) и газовых лазеров. Несмотря на то что газолазерная резка требует постоянной закупки газа, именно такое оборудование используется чаще всего в современной металлообработке ввиду значительно меньшей закупочной стоимости по сравнению с волоконными и твердотельными комплексами.

Так выглядит устройство волоконного лазера для резки металлов

Какие требования лазерная резка предъявляет к чистоте технических газов

Грамотный подбор и правильная эксплуатация техгазов являются основополагающими факторами, оказывающими непосредственное влияние на рабочий ресурс оборудования, его производительность, а также безопасность работы персонала. Чтобы резка осуществлялась с максимальной эффективностью, необходимо знать, каким должен быть газ для производства луча и организации рабочего процесса.

Важнейшим параметром газа для лазерных комплексов является его чистота. Производители подобного оборудования утверждают, что превышение допустимого значения примесей существенно снижают производительность станка и пагубно воздействуют на внутреннюю оптику.

В связи с этим, требование к минимальной чистоте лазерных газов обычно устанавливается на отметке 99,996% (для кислорода – 99,95%, для аргона – 99,998%). При этом доля воды не должна превышать 5 ppm, а углеводородов – 1 ppm.

Газы для лазерной резки должны быть очень чистыми

Газовые смеси для генерации луча

Для резонаторов, в которых осуществляется генерация луча, обычно применяют смеси, состоящие из гелия, азота и двуокиси углерода.

• Гелий (He) обладает высокой теплопроводностью, что позволяет быстро отводить тепло от генерируемого электрического разряда.
• Азот (N) очень просто возбуждается под воздействие электроразряда, создавая колебательную энергию, которая легко передается к молекулам углекислоты, возбуждая их до верхнего лазерного уровня.
• Двуокись углерода (CO2) является основным компонентом, активно генерирующим инфракрасное излучение. По сути, для генерации луча можно использовать только CO2, однако для увеличения мощности излучения в смесь добавляют гелий и азот.

Точная пропорция смеси зависит от вида лазера и его производителя. Иногда для достижения определенных параметров луча в состав добавляют другие компоненты, например кислород или водород. Кстати, информацию о технических газах Вы можете найти в этом разделе блога.

Для достижения максимально возможной мощности и надежной работы лазера особое внимание следует уделить передаче газа из баллона в резонатор, которая должна осуществляться без потери чистоты применяемой смеси. Для таких целей рекомендуется использовать двухступенчатые редукторы с системой продува, которая предотвращает попадание цеховой атмосферы в резонатор во время замены баллона.

Вот так выглядит лазерная резка:

Рабочая среда для раскроя металла

Выбор рабочего газа во многом зависит от материала, который подлежит резке. Обработку углеродистой низколегированной стали, как правило, выполняют в кислородной среде. Кислород, поданный под давлением в зону воздействия луча, возбуждает мощную экзотермическую реакцию, благодаря чему можно резать относительно толстые листы металла.

Резка нержавеющей и высоколегированной стали не допускает даже незначительное окисление срезов. В этом случае применяется инертный азот с допустимой чистотой от 99,5%. Поскольку инертные газы не способствуют возникновению экзотермических реакций, мощность лазера должна быть высокой, а сам азот подается под давлением свыше 30 бар.

Еще одно применение азота – продувка канала прохождения луча, которая осуществляется с целью предотвращения загрязнения магистрали цеховой атмосферой. Не стоит забывать, что подобное оборудование отличается высокой технологичностью и точностью. В частности, лазерная головка, через которую световой поток вырывается наружу, имеет в своем составе линзу. Ее загрязнение неизбежно приводит к потере производительности станка и некачественному резу. В итоге лазер превращается из высокотехнологичного устройства в некий аналог обычного газового резака. Кстати, о резаках можно прочитать в статье: газовый резак: виды, назначение и особенности эксплуатации.

Экономический аспект

Затраты на закупку газов неправильно оценивать исключительно как элемент поддержки работоспособности оборудования. В этом случае более правильной является оценка влияния применяемого газа на себестоимость изделия. Совершая резку металла с использованием обычных технических газов без соблюдения критерия чистоты, уменьшается эффективность процесса, повышается расход самого газа и, самое главное, увеличивается время простоя станка в результате внеплановых ремонтов. В то же время, применение «чистых» смесей повышает производительность оборудования, снижает вероятность поломок и, соответственно, уменьшает себестоимость конечного изделия.

Купить качественный газ необходимой чистоты для лазерных комплексов можно в компании «Промтехгаз» — опытного поставщика газосварочной продукции.