Как настроить давление вспомогательного газа для лазерной резки толстых листов?

Почему давление вспомогательного газа — скрытая переменная при резке толстых листов

Лазерная резка высокой мощности выглядит как противостояние между мощностью луча и толщиной листа, однако струя вспомогательного газа зачастую определяет, кто одержит победу. При резке толстых листов струя удаляет расплавленный металл из пропила, охлаждает переднюю поверхность реза и защищает сопло от брызг. Если любая из этих функций выполняется недостаточно эффективно, качество реза быстро ухудшается.

Слишком низкое давление оставляет шлак на нижнем крае или частично разрезает заготовку. Слишком высокое давление искажает рез, создаёт конусность и ухудшает качество кромки. На листе углеродистой стали толщиной 20 мм изменение давления всего на один бар может превратить готовый к использованию край в требующий доработки. ISO 9013 — международный стандарт классификации качества термической резки — связывает класс кромки с устойчивостью процесса, поэтому контроль давления вспомогательного газа обеспечивает воспроизводимость производства. Именно поэтому настройка давления вспомогательного газа при лазерной резке толстых листов заслуживает внимания, выходящего за рамки простого взгляда на параметрическую таблицу.

Соответствие газа материалу

Выбор газа предшествует установке давления. Кислород — основной выбор для резки толстой углеродистой стали, поскольку экзотермическая реакция добавляет энергию резки. Компромисс заключается в слегка окисленной кромке, которую обычно необходимо очистить перед покраской или оцинкованием.

Азот — более чистый вариант для резки нержавеющей стали и алюминия. Он обеспечивает яркий край без оксидов, однако требует более высокого давления и расхода газа, поскольку резка осуществляется почти исключительно лазерным лучом. Смешанные газы и сжатый воздух обеспечивают баланс между качеством края и стоимостью.

Для операций по резке широкой смеси материалов система генерации газа на месте устраняет неудобства, связанные со сменой баллонов. Raysoar предлагает системы для смешанных газов (FCP/FCS), азота высокой чистоты (99,99 %) для яркой резки (BCP/BCE) и системы резки чистым воздухом (PAP/PAB) для нескольких диапазонов мощности.

Настройки давления в зависимости от материала и толщины

Универсального значения нет, однако приведённые ниже диапазоны служат практической отправной точкой для волоконно-лазерной резки в классе мощности от 6 кВт до 20 кВт. Используйте их как базу и корректируйте параметры с учётом состояния сопла, фокусировки и линзы.

Более высокое давление азота не всегда лучше. Как только резательная щель полностью очищена, избыточное давление в основном увеличивает расход газа и износ сопла. Цель — минимальное давление, обеспечивающее кромку без шлака.

Как отрегулировать давление на станке

Начните с аппаратного обеспечения. Проверьте насадка отверстие сопла на износ, убедитесь в правильности высоты зазора и проверьте чистоту фильтров газовой магистрали. Изношенное сопло превращает стабильную струю в турбулентный поток и делает все показания давления ненадёжными.

Далее загрузите базовые параметры из библиотеки параметров резки и выполните пробный рез на обрезках. Следите за нижним краем — на наличие шлака, и верхним краем — на закругление. Если рез чистый, но медленный, повышайте давление с шагом 0,5 бар для азота или 0,1 бар для кислорода. Если край становится шероховатым или ширина реза увеличивается, снизьте давление.

На одном из заказов у производителя химического оборудования в южном Китае команда боролась с постоянным заусенцем снизу при резке нержавеющей стали толщиной 25 мм. В карточке параметров указано давление 22 бар, однако на производстве использовали лишь 18 бар для экономии газа. Повышение давления до 23 бар и замена повреждённого сопла устранили заусенец и сократили время последующей обработки примерно наполовину. Решение заключалось не в увеличении мощности лазера, а в обеспечении газу достаточной силы для завершения резки.

Типичные ошибки и более стабильный источник газа

Работа с каждым материалом при одинаковом давлении — самый быстрый способ потратить газ впустую и испортить кромки. Игнорирование чистоты газа и точки росы приводит к попаданию влаги в поток, что проявляется в непредсказуемом резе алюминия и нержавеющей стали. Опора на давление в баллоне опасна, поскольку давление в баллоне снижается в течение смены, поэтому последний лист может резаться иначе, чем первый. Повреждённое или загрязнённое сопло нарушает когерентность газового потока ещё до того, как струя достигнет заготовки.

Генератор азота или смеси газов на месте решает проблемы с подачей газа. Вместо планирования поставок баллонов и наблюдения за колебаниями давления машина получает стабильный газ с контролируемой чистотой и давлением. Для высокомощной резки с использованием смеси газов системы, рассчитанные на мощность лазера от 12 до 120 кВт, охватывают весь диапазон требуемых давления и расхода. Для яркой резки мощностью до 30 кВт установка азота с чистотой 99,99 % обеспечивает чистую кромку без необходимости в логистике с баллонами. Для резки воздухом при меньшей мощности система чистого воздуха мощностью менее 12 кВт заменяет баллонированный азот при обработке тонких заготовок.

Финальный контрольный перечень перед следующим запуском

Перед обработкой следующей толстой пластины пройдитесь по этому списку. Убедитесь, что тип газа соответствует материалу. Установите давление на базовый уровень для данной толщины. Проверьте, что чистота газа и точка росы находятся в пределах допустимых значений. Осмотрите отверстие сопла и замените его, если отверстие имеет овальную форму износа или загрязнено брызгами. Проведите пробную полосу и оцените качество кромки перед началом резки всего листа. Сравните показания расходомера с целевым значением, а не только показания манометра.

Предприятия, выполняющие резку разнородных материалов в течение нескольких смен, могут перейти от баллонного снабжения к системе генерации газа на месте Raysoar и обеспечить стабильное давление от пластины к пластине. Стабильный газ, правильное давление и чистое сопло оказывают большее влияние на качество резки толстых пластин, чем повышение мощности лазера.