Всего десять лет назад волоконные лазерные резаки считались специалистами по обработке тонких листов. Магазины быстро поняли, что им нужно инвестировать в них, чтобы конкурировать, или, по крайней мере, сократить размер материала. Для высококачественной резки листов по-прежнему лучше использовать CO2-лазеры. Конечно, волоконные лазеры могли резать более толстые заготовки, но качество было не очень хорошим, а их преимущество в скорости почти исчезало при резке очень толстых листов. Сегодня мир изменился.
Технология вспомогательных газов прошла долгий путь всего за несколько лет и является одним из ключевых факторов быстро меняющейся области лазерной резки. Были улучшены материалы линз и их конструкция, а также режущие головки и сопла. Можно видеть, что современные системы доставки волоконного лазерного луча легко справляются с огромной мощностью фотонов. Сверхмощные лазеры мощностью 20, 30 и даже 50 кВт теперь могут быстро и чисто резать толстые пластины.
«Чистый» здесь является ключевым словом. Экономическая целесообразность лазера зависит от стоимости детали. Сегодня мощные лазеры бурно развиваются в области прецизионной резки листов. Если раньше деталь подвергалась плазменной резке, а затем зачищалась или обрабатывалась на фрезерном станке, то теперь это можно сделать с помощью волоконного лазера.
Вспомогательное смешивание газов помогает сделать все это возможным. Даже самые толстые пластины сегодня обрабатываются не кислородом, а азотно-кислородной смесью. Поток вспомогательного газа по-прежнему состоит в основном из азота, инертного газа, который вытесняет расплавленный металл из пропила, но небольшая часть кислорода обеспечивает химическую реакцию, которая помогает довести пропил до дна и получить кромку без окалины.
Стенд между поверхностью и соплом был сделан настолько маленьким, что его практически не существовало, и все это для того, чтобы обеспечить ламинарный поток вспомогательных газов через разрез, чтобы азотно-кислородная смесь могла работать по назначению. При прецизионной резке листов чрезмерная турбулентность вспомогательного газа является врагом чистой лазерной резки.
Первые способы смешивания газов появились более десяти лет назад, но не для толстой стали, а для резки алюминия без окалины. Стив Альбрехт, президент компании Liberty Systems из Пьюоки, штат Висконсин, поставщика оборудования для генерации азота и смешивания газов, вспоминает, как в начале 2010-х годов использовались азотно-кислородные смеси, но не для волоконных лазеров, а для CO2 мощностью 4 кВт. система для резки алюминия толщиной 0,125-дюйма.
«Алюминий имеет сверху оксидный слой, — говорит Альбрехт, — и его необходимо сжечь, чтобы предотвратить появление окалины или заусенцев. Как обнаружили инженеры по применению, поток воздуха с азотом и дозой кислорода помогает устранить твердые частицы». для удаления накипи с кромок алюминия, вырезанного лазером.
«Как более мягкий материал, алюминий обладает некоторыми уникальными свойствами для лазерной резки», — говорит Дэвид Белл, президент Witte Gas Control в Альфаретте, штат Джорджия, — «Газовая смесь полезна. Если вы режете алюминий кислородом, вы сжигаете его. обработайте его азотом, получите полосы по краям. Смешайте эти два вещества, и вы получите более чистый срез.
По мере того как волоконные лазеры начали завоевывать рынок, а доступная мощность продолжала расти, стратегии использования вспомогательных газов продолжали развиваться. Инженеры по применению начали экспериментировать с различными комбинациями азота и кислорода.
Как вспоминает Альбрехт, когда инженеры начали получать хорошие результаты при уровне кислорода, приближающемся к 20 процентам, это открыло двери для использования сверхсухого воздуха для резки. Это сэкономило производителю много денег, особенно если учесть количество вспомогательного газа, потребляемого первыми волоконными лазерами.
«Когда появились первые волокна мощностью 6 и 8 кВт, — говорит Альбрехт, — именно тогда резка сверхсухим воздухом начала по-настоящему набирать популярность.
Однако по мере того, как мощность волоконного лазера продолжала расти, стратегия использования вспомогательного газа изменилась. Условия резки для самых мощных волоконных лазеров были построены на точных азотно-кислородных смесях с низким содержанием кислорода.
Производители лазерных резаков начали экспериментировать с различными соплами и разными подходами для достижения плавного ламинарного потока вспомогательных газов вокруг более мощного луча. Были оптимизированы конструкции сопел. Некоторые геометрии сопел удерживают газ в верхней части металла. В других технологиях используются воздушные «завесы» вокруг столба вспомогательного газа. Как объясняет Альбрехт, эти методы зависят от производителя станка, но все работают над одной и той же целью: добиться наилучшего качества резки при наименьших затратах на единицу продукции. Сюда входит использование вспомогательных газов и, в частности, поиск оптимальной смеси для улучшения качества и скорости резки.
