Как выбрать правильное сопло для лазерной резки?

Фокус на главном — часто упускаемом ядре процесса

Типичная картина в цеху: оператор хмурится, глядя на экран параметров — «Давление газа, скорость, мощность — всё без изменений. Почему вчера рез был идеальным, а сегодня — неровным?» Проблема зачастую заключается не в сложной системе управления, а в небольшом компоненте стоимостью всего несколько долларов, который обычно считают простым «расходником» — сопле для лазерной резки .

Сопло является исполнительным элементом «последнего миллиметра» процесса лазерной резки, преобразуя параметры газа в фактическую режущую силу. Разница между отличным соплом и обычным определяет качество реза на микроуровне. Оно точно контролирует форму, давление и направление потока газа. Любое незначительное изнашивание или неправильный выбор напрямую приводят к появлению неровных полос на поверхности реза, увеличению образования заусенцев или резкому сокращению срока службы линзы (ИЛИ ЗАЩИТНЫХ ОКОН). Пренебрежение выбором и обслуживанием сопла подобно использованию некачественных шин на гоночном автомобиле высшего класса — никакая мощность не сможет обеспечить превосходные результаты.

Понимание сопла — это нечто большее, чем просто «медный наконечник»

В своей основе система лазерное сопло для резки служит окончательным прецизионным шлюзом для вспомогательного газа. Его основная задача троякая: эффективно удалять расплавленный шлак, надёжно защищать фокусирующую линзу и определять качество и характеристики кромки реза. Этого достигают путём тщательного контроля скорости, формы и распределения давления потока газа, направляемого в пропил. Выбор правильного сопла — это не просто вопрос совместимости; это выбор оптимального «газового скальпеля» для конкретных материалов и требований к качеству.

1. Стандартное одинарное сопло: Работяга для эффективности

Одинарное сопло, характеризующееся простой конической или цилиндрической конструкцией с одним каналом, работает по прямому принципу: газ под высоким давлением ускоряется и выбрасывается через одно отверстие.

Коническая внутренняя геометрия для резки при высоком давлении, применяемая для цветных металлов с использованием азота, воздуха или аргона

Цилиндрическая внутренняя геометрия для резки низкоуглеродистой стали при низком давлении с использованием кислорода.

Удаление шлака: создает струю высокой скорости и концентрированного потока. Эта струя эффективно срезает и выдувает расплавленный материал вниз через пропил. Для материалов, таких как углеродистая сталь, где резка основана на экзотермической реакции (кислородная резка), этот мощный газовый поток отлично подходит для удаления вязкого шлака из оксида железа.

Защита линзы: механизм защиты основан в первую очередь на положительном давлении и направленном потоке. Газ, выходящий на высокой скорости из сопла, создает зону давления, которая помогает отклонять брызги вверх. Однако, поскольку поток газа более расходящийся, этот защитный барьер менее сфокусирован по сравнению с двухслойным соплом.

Контроль кромки реза: Поток газа влияет на кромку реза, охлаждая её и воздействуя на гидродинамику расплавленной ванны. Обычно обеспечивает хороший, функциональный рез. Однако из-за большего рассеивания газа сложнее поддерживать абсолютно стабильную среду с высоким давлением у основания глубокого пропила (в толстых материалах) или получить поверхность без окисления на нержавеющей стали.

Наиболее подходит для: Это экономичный и надёжный выбор сопла для резки углеродистой стали кислородом (особенно при толщине более 3 мм, где объём шлака велик) и для резки неметаллов или тонких декоративных металлов сжатым воздухом. Отлично подходит для применений, где приоритетом является скорость резки и низкая стоимость эксплуатации, а не идеально гладкая кромка без окисления.

2. Двухслойное высокоточное сопло: Гарант качества

Двухслойное сопло является инженерным решением для точной резки, оснащено коаксиальной двухканальной конструкцией. Внутренний канал подает основной газ высокого давления (например, высокочистый азот), в то время как внешний канал подает вторичный защитный газ (часто воздух или азот) при более низком давлении.

Удаление шлака и качество кромки: Ключевым фактором здесь является эффект «газовой завесы». Внешнее кольцо газа действует как оболочка, коллимируя и фокусируя внутренний высокоскоростной режущий газ в более плотную, длинную и стабильную струю. Это обеспечивает постоянное высокое динамическое давление на нижней части реза, что приводит к эффективному удалению шлака — особенно липкого расплава при резке нержавеющей стали или алюминия — и позволяет получить чистый, без заусенцев и часто блестящий (без оксидов) срез с отличной вертикальностью.

Защита линзы: Здесь проявляется преимущество двухслойной конструкции. Внешний газовый занавес образует стабильный концентрический барьер, который активно изолирует линзу от брызг и плазменных выбросов. Это значительно снижает количество загрязнений, достигающих защитного окна, продлевая срок службы линзы в несколько раз по сравнению с однослойными соплами. Это особенно важно при резке сильно отражающих материалов (таких как медь или латунь), когда интенсивное обратное отражение может повредить компоненты.

Стабильность процесса: Оболочечный газ также способствует стабилизации процесса резки, защищая наконечник сопла от экстремального теплового воздействия со стороны пропила, предотвращая преждевременный нагрев и износ.

Необходимо для: Это сопло незаменимо при резке азотом с блестящей поверхностью нержавеющей стали и алюминиевых сплавов, где поддержание инертной атмосферы с высоким давлением в зоне реза является обязательным условием. Также это предпочтительный выбор для резки сильно отражающих материалов и для любых применений, требующих максимальной гладкости, перпендикулярности и стабильности кромки реза.

Два решающих параметра выбора сопла

Параметр первый: Калибр —Большее не всегда лучше; ключевое значение имеет соответствие .

Выбор отверстия представляет собой баланс между газовой динамикой и термодинамикой материала. Распространённое заблуждение — что большое диаметральное отверстие «справится со всем». На практике использование сопла Φ3,0 мм для резки тонкого листа толщиной 1 мм приводит к недостаточной скорости газа, вызывая широкую зону реза и перегрев или деформацию листа.

Расстояние до сопла — Динамическая «линия жизни» .

Расстояние от сопла до поверхности (H) является одним из наиболее часто регулируемых технологических параметров, непосредственно влияющим на давление газа на поверхности материала и стабильность резки. Однако это лишь отправная точка. В процессе реальной резки требуется динамическая корректировка: увеличивать расстояние при резке толстых плит, чтобы обеспечить пространство для выхода шлака; уменьшать расстояние (до 0,5*D) при резке нержавеющей стали с получением глянцевой поверхности, чтобы поддерживать высокое давление защитного газа в зоне реза.

Выбор в зависимости от задачи резки

Сценарий первый: резка углеродистой стали кислородом — достижение максимальной эффективности Raysoar HHS HHB серии

Высокоскоростная резка на полной мощности с глянцевым качеством поверхности для реализации сверхвысокой производительности яркая поверхность резки углеродистой стали кислородом . HHB серия подходит для волоконной лазерной резки мощностью 6-8 кВт (Raysoar P/N LHAN02).

HHS серия более подходит для волоконной лазерной резки мощностью 12-15 кВт (Raysoar P/N LXLN02/08 LHAN08).

Ст серия подходит для станков волоконной лазерной резки мощностью >20 кВт (Raysoar P/N LHAN07)

В данном случае экономичное одноканальное сопло является первым выбором. Для стабильной резки средних и толстых листов (8–30 мм), если требуется дополнительно оптимизировать поверхность реза и уменьшить образование заусенцев, рекомендуется технологическое усовершенствование: использование генератора смешанного газа Raysoar (например, смесь азота и кислорода). Смешанный газ оптимизирует реакцию горения, потенциально повышая качество при одновременном балансировании общих затрат за счёт точной настройки параметров. Во время работы простым и эффективным методом диагностики является наблюдение за направлением распыления искр — в идеале искры должны распыляться строго вертикально вниз.

Сценарий второй: резка нержавеющей стали азотом с получением блестящей поверхности — стремление к идеальному качеству.  

ЕКУ  Серия Высокоскоростная и экономичная резка через двойные воздушные каналы, обеспечивающая высокую скорость, стабильность и экономическую эффективность при резке нержавеющей стали азотом. (Raysoar P/N LHGN02)

Это наиболее требовательный сценарий с точки зрения технологических требований. Во-первых, обязательно использование двухслойного сопла, поскольку именно оно является физической основой для получения бесокисленной светлой поверхности. Во-вторых, стабильность и чистота газа — это вопрос выживания; чистота ниже 99,99 % или чрезмерные колебания давления напрямую приведут к потемнению поверхности реза. Генератор высокочистого азота Raysoar обеспечивает непрерывную и стабильную подачу газа, формируя основу для гарантированного постоянства качества на протяжении тысяч операций резки. В этом сценарии расстояние от сопла до заготовки должно быть меньше, а не больше, а режущее оборудование должно обладать хорошей устойчивостью слежения.

Сценарий третий: Резка сжатым воздухом — контроль общих затрат  

BST Серия Однослойная высокоскоростная и экономичная резка обеспечивает высокую скорость, стабильность и экономическую эффективность резки нержавеющей стали и алюминиевого сплава с использованием азота. (Raysoar P/N LCTN03)

Для резки неметаллических материалов или декоративных тонких металлов однослойное стандартное сопло с использованием сжатого воздуха является решением для контроля затрат. Однако наибольший риск связан с наличием воды и масла в неочищенном сжатом воздухе, которые могут загрязнять линзы, изменять характеристики реза и повреждать сопло. Поэтому инвестиции в профессиональную систему сжатия воздуха, предназначенную специально для лазерной резки (например, комплексное решение Raysoar Pure Air Cutting), чтобы гарантировать сухой и чистый воздух, являются необходимыми для предотвращения более значительных потерь.

Сценарий Четыре :Углеродистая сталь Смесь -газ Резка — стремление к максимальной эффективности и качеству  

BST Серия Однослойная высокоскоростная и экономичная резка обеспечивает высокую скорость, стабильность и экономическую эффективность резки нержавеющей стали и алюминиевого сплава с использованием азота. (Raysoar P/N LCTN03)

При выборе сопел для резки смешанным газом основная цель заключается в повышении концентрации потока газа, увеличении скорости резки и качестве поверхности реза, а также в снижении прилипания шлака к соплу, что продлевает срок его службы. Рекомендуется использовать сопла Raysoar HCP (с твердым хромовым покрытием).

Приоритет следует отдавать выбору сопел Лаваля для увеличения скорости воздушного потока; сопла с антипригарным покрытием.

Использование, обслуживание и устранение неисправностей

Ежедневный контрольный список на три минуты

Регулярное простое техническое обслуживание может значительно продлить срок службы сопел и обеспечить стабильность резки:

1. Визуальный и тактильный осмотр перед началом смены: проверьте, является ли отверстие сопла круглым и гладким; ощупайте наличие заусенцев или повреждений.

2. Еженедельная глубокая очистка: всегда используйте специальный латунный очистительный штифт для аккуратной чистки. Категорически избегайте использования твердых предметов, таких как железная проволока или стальные штифты, которые могут поцарапать внутреннюю стенку.

3. Калибровка концентричности: используйте центровочное приспособление для калибровки соосности между лазерным лучом и соплом. Это основа обеспечения равномерности резки.

Точный руководство по устранению распространенных неисправностей

При возникновении проблем с качеством резки следуйте данной логике для диагностики:

Шероховатая поверхность реза с диагональными полосами: в первую очередь проверьте, не изношено ли отверстие сопла в овальную форму или нет ли дефектов — это наиболее частая причина. Затем убедитесь, что расстояние от сопла до заготовки выбрано правильно, и подтвердите соосность. Если проблема сохраняется, проследите путь до источника газа и проверьте стабильность чистоты и давления газа.

Сильное образование шлака снизу: сначала убедитесь, что показания манометра соответствуют технологическим требованиям, и проверьте наличие утечек воздуха в газовой линии. Далее оцените, не слишком ли мал диаметр отверстия сопла для данной толщины материала, и попробуйте увеличить его на один размер. Наконец, рассмотрите возможность несоответствия энергозатрат, вызванного чрезмерно низкой скоростью или недостаточной мощностью, исходя из состояния резки.

Аномальное повреждение сопла: при резке сильно отражающих материалов сначала убедитесь, что случайно не используется однослойное сопло. Затем проверьте, нет ли сильного смещения центра луча, и выполните повторную калибровку режущей головки. При резке кислородом также проверьте, не слишком ли низка чистота кислорода, поскольку неполное сгорание приводит к отражению тепла вверх, разрушая сопло.

Точный подбор, мгновенные результаты

По сути, выбор идеального лазерное сопло для резки представляет собой систематический процесс подбора наиболее точного "пневматического интерфейса" под вашу уникальную комбинацию материала, вспомогательного газа и мощности лазера. Успех зависит от четкой трехэтапной логики выбора, учитывающей основные переменные:

Тип: Базовое решение. Ваш первый и самый важный выбор — между соплом с одним слоем и соплом с двумя слоями. Этот выбор определяется типом материала и требуемым качеством реза.

Выберите сопло с одним слоем для экономичной и высокоскоростной обработки углеродистой стали с кислородом или неметаллических материалов с воздухом, когда приоритетом является максимальная скорость резки.

Сопло с двумя слоями обязательно необходимо для получения чистых, безокисленных резов на нержавеющей стали или алюминии с азотом и крайне важно для безопасной и эффективной обработки сильно отражающих металлов, таких как медь. Это основа точности и защиты линзы.

Калибр : Ключ к фокусировке энергии. Калибр регулирует скорость и объём потока газа, непосредственно влияя на плотность энергии реза и способность удаления шлака.

Малые калибры (например, Φ1,0–1,5 мм) концентрируют энергию для чистых, узких пропилов на тонких листах (<3 мм).

Средние калибры (например, Φ2,0–2,5 мм) обеспечивают оптимальный баланс для стабильной резки высокого качества при средней толщине материала (3–10 мм).

Большие калибры (например, Φ3,0–4,0 мм) обеспечивают высокий объём потока, необходимый для эффективного удаления шлака с толстых плит (>10 мм).

Расстояние до поверхности: Динамический точный регулятор. Это не параметр «установил и забыл». Расстояние от сопла до заготовки необходимо активно контролировать, чтобы поддерживать оптимальное давление газа в точке реза.

Требуется динамическая корректировка в зависимости от толщины материала и фазы резки — изначально больше для безопасности, оптимизировано меньше для качества во время резки и адаптируется под разные материалы.

Именно точный контроль здесь превращает хорошую резку в идеальную, обеспечивая чистоту кромок и предотвращая удары сопла.

Освоение этих трех основ — тип, диаметр и высота — позволяет систематически решать проблемы качества резки и раскрыть полный потенциал вашего оборудования.

Сотрудничайте с Raysoar: от точного подбора до гарантированной производительности

Выбор лазерное сопло для резки по сути заключается в подборе наиболее подходящего «пневматического интерфейса» для вашего материала, газа и энергосистемы. Крайне важна четкая логика выбора: сначала определите одно- или двухслойный тип на основе свойств материала и требований к качеству; затем выберите оптимальный диаметр отверстия с учетом толщины материала и целей резки; и, наконец, точно настройте расстояние до детали во время динамической резки, чтобы найти баланс между стабильностью и эффективностью.

Компания Shanghai Raysoar Electromechanical Equipment Co., Ltd. (Raysoar) прекрасно понимает, что превосходные результаты резки обусловлены синергетической стабильностью всей технологической цепочки — от источника газа до сопла. Мы предлагаем не только высококачественные сопла, но и профессиональную поддержку, включающую решения по стабильному источнику газа (азот высокой чистоты, смешанные газы, сухой чистый воздух) и оптимизацию процессов на месте эксплуатации, обеспечивая тем самым, чтобы «последний миллиметр» вашего оборудования всегда работал на пике своих возможностей.

Позвольте нашему опыту обеспечить совершенство этого «последнего миллиметра» для вас.
Посетите https://www.raysoarlaser.com/чтобы получить индивидуальную диагностику процесса и план его оптимизации.