Из этого материала вы узнаете:
- Каковы преимущества резки нержавейки лазером
- Как осуществляется резка нержавейки лазером
- На каком оборудовании выполняется резка нержавейки лазером
Нержавеющая сталь — самый востребованный на сегодняшний день материал и один из наиболее технологичных металлов. Она используется в производственных циклах различных видов промышленной металлообработки. Среди всех технологий обработки металла резка нержавейки лазером является наиболее инновационной, сочетающей в себе высокое качество и эффективность. Этому методу и будет посвящена статья.
Особенности резки нержавейки лазером
Лазерная резка нержавейки считается наиболее сложным типом обработки. Но данная сталь достаточно трудно поддается разрушению, поэтому метод с лазером является оптимальным вариантом среди остальных. Другие же технологии металлообработки проявляют себя хуже по отношению к нержавейке.
Для листового алюминия зачастую резка лазером служит единственно возможным методом, поскольку высокая температура вызывает окисление поверхности алюминия, при этом она покрывается холодными трещинами. Очень низкой эффективностью обладает и раскрой металла механическим способом.
Сложности в обработке нержавеющей стали связаны со свойствами сплава:
- из-за большого содержания в ней легирующих присадок возможно зашлаковывание поверхности разреза;
- в зоне нагрева образуются тугоплавкие оксиды, по этой причине затрудняется прохождение лазера по линии разреза, и, как следствие, увеличивается расход электроэнергии;
- высокохромистые и хромоникелевые стали обладают низкой текучестью, что также усложняет процесс резки.
Лазерная резка осуществляется с использованием очищенного азота, поступающего в зону резки под давлением в 20 атмосфер. Если режется толстый металл, луч заглубляется в материал, давая возможность газу поступать внутрь. Получившееся отверстие в итоге имеет больший диаметр, чем ширина разреза, поэтому в зону расплава поступает повышенное количество азота.
Читайте также: Система кайдзен: как грамотно внедрить ее на производстве
Преимущества резки нержавейки лазером
Для резки нержавейки используются высокотехнологичные лазерные установки, позволяющие изготавливать изделия самой сложной формы. Обработка стали совершается автоматически, луч лазера при этом выполняет функции режущего инструмента. Контроль движения лазерного луча осуществляется компьютером по заранее заложенной программе. Получаемая деталь в итоге не имеет каких-либо деформаций, заусенцев и облоя вдоль линии разреза.
В целом, лазерная обработка нержавеющей стали любой марки обладает следующими достоинствами:
- погрешность резки минимальна и не превышает 0,08 мм;
- максимальная гибкость и точность в регулировке мощности луча;
- высокая скорость раскроя листового металла;
- практически безотходный процесс;
- способность луча мягко воздействовать на металл, стойкий к коррозии;
- лазерный луч может резать листовой металл любой толщины;
- гарантированное соблюдение заданных геометрических параметров обрабатываемой заготовки с абсолютной точностью.
Рекомендуем статьи по металлообработке
Перечислим другие преимущества лазерной технологии перед остальными популярными методами металлообработки:
- Благодаря заложенной программе автоматизированного контроля качества и выполнения операций достигается высокая точность резки, поэтому имеется возможность создавать сложные детали.
- Каждая лазерная установка обладает достаточной производительностью, чтобы заблаговременно выполнять срочные и тяжелые задачи.
- Нагрев материала происходит только вдоль зоны резки.
- Лазерное оборудование способно выполнять контурный раскрой любой сложности.
- Излишки материала контролируются встроенным компьютером. Расположение всех требуемых форм заготовок рассчитывается программно исходя из наибольшей рациональности.
- Минимальный диаметр создаваемых отверстий составляет всего 0,5 мм.
Лазерная обработка металла считается передовой технологией. Это побуждает заказчиков сегодня отказываться от устаревших методов металлообработки в пользу современных.
С внедрением лазерной технологии производителем качество его продукции значительно возрастает. Также изготовитель получает возможность выполнять индивидуальные заказы.
Резка лазером не меняет физических свойств нержавейки. Данная операция может использоваться для любых её типов вне зависимости от плотности и теплопроводности.
Как осуществляется резка нержавейки лазером
При лазерной резке отсутствует физический контакт с любым обрабатываемым материалом, в том числе и с нержавейкой. Выполнение операций осуществляется световым лучом по встроенным командам.
Луч лазера создает точку фокусировки на поверхности металла, где материал начинает интенсивно гореть, плавиться и испаряться. Такой эффект возможен благодаря следующим характеристикам лазера:
- Монохроматичность. Длина волны и частота лазерного луча неизменны, что позволяет лучу легко фиксироваться на любой поверхности с помощью обычных оптических линз.
- Направленность. Луч лазера имеет очень малый угол расходимости, благодаря чему он легко фокусируется на обрабатываемом участке.
- Когерентность. В луче лазера происходят согласованные колебания волн, поэтому возникает резонанс, многократно усиливающий исходную мощность излучения.
При достижении температуры кипения металла в зоне воздействия луча материал испаряется. Благодаря его теплопроводности зона плавления и последующего закипания устремляется вглубь заготовки.
Лазерная металлообработка технологически применима к мягким сплавам и тонколистовому металлу. Выполнение этой процедуры осуществляется двумя способами:
- резка лазером через плавление нержавейки;
- резка лазером через испарение нержавейки.
Самым распространенным и дешевым способом является плавление с помощью лазерного луча. Действие сфокусированного лазера на поверхность металла способствует его быстрому нагреву, в результате чего в этой зоне он начинает плавиться. Равномерное движение луча лазера позволяет создавать нужную форму детали.
При избыточном нагреве молекулы металла переходят в фазу закипания, в которой частички материала мгновенно испаряются.
Второй метод резки, выполняемый через испарение, наиболее эффективен и точен, но при этом особо требователен с точки зрения используемых ресурсов и мощностей. Поскольку данный способ достаточно дорогостоящий, он заметно увеличивает себестоимость выпускаемой продукции.
С помощью лазерной установки производится обработка металла в двух режимах:
- Врезка. Используется для формирования сквозных щелей различных диаметров. Технология позволяет создавать микроотверстия и разрезы минимальной ширины
- Раскрой. Сначала производится прожиг металлической заготовки (создается пробоина минимального диаметра), а затем режущая головка движется в направлении, заданном заложенной в станке программой
В процессе раскроя нержавейки структура металла в зоне действия луча разрушается. Это происходит последовательно в три этапа:
- Нагрев металла.
- Плавление металла.
- Испарение частиц распада.
Лазерный луч — это источник тепла, концентрирующий в себе газ в условиях высокой температуры. Имея сечение всего 10–20 мкм, луч обладает тепловой мощностью 100 МВт/кв. см. Чем мощнее источник, тем быстрее протекает каждый этап разрушения.
Сконцентрированная на небольшом участке тепловая энергия луча лазера почти мгновенно расплавляет материал в этом месте. Происходящая в металле термохимическая реакция разделяет его и меняет структуру в зоне действия лазера.
Сравним два вида резки нержавейки, выявив их сходства и различия:
Металл режется в результате термохимической реакции.
Какое оборудование используется для резки нержавейки лазером
Установки для лазерной обработки нержавейки обладают следующими характеристиками:
- давление газовой струи и ее состав;
- тип обрабатываемого материала;
- интенсивность и мощность лазерного луча.
Установки для лазерной резки бывают следующих типов:
- Твердотельные установки. Рабочим органом в них служит кристалл рубина, алюмоиттриевый гранат или неодимовое стекло. Угол светового потока, падающего на минерал, имеет точное значение. Оборудование небольшой мощности может использоваться и для раскроя цветных металлов, и для гравировки металлических поверхностей. Небольшие установки пригодны для ручной обработки заготовок и могут применяться в небольших слесарных мастерских.
- Газовые установки. Активным элементом в данном оборудовании является газ. Он заряжается в процессе прохождения через электрическое поле. Затем начинает испускать монохроматическое излучение в световом диапазоне. Значительное распространение получили щелевидные газовые установки, в которых применяется диоксид углерода. Оборудование обладает небольшими размерами, при этом оно простое в использовании и достаточно мощное.
- Газодинамические установки. Обработка нержавейки в данных установках весьма дорогая из-за сложности и высокой мощности оборудования. Используемый в качестве активного компонента газ, чаще всего углекислый, разогревается до 2000–3000 градусов Цельсия. Далее, проходя через узкое отверстие, он расширяется и охлаждается. В результате чего выделяется энергия, формирующая лазерный луч. Эти сложные установки отличаются превосходной точностью получаемых изделий, которые затем можно сразу же передавать в гибочный цех.
Обязательные компоненты и системы оборудования, осуществляющего лазерную резку и гравировку нержавейки:
- Излучатель, генерирующий пучки лазера.
- Система перемещения и формирования лазерного луча. В ней из пучков формируется непрерывный луч, направляемый в требуемую точку фокусирующим механизмом.
- Система создания и транспортировки газа. В ней готовится рабочий газ нужного состава и объема. Затем система транспортирует его к зоне резки через сопло.
- Координирующее устройство, управляющее взаимным перемещением лазерного луча и заготовки.
- Система автоматики. Она контролирует и регулирует все составляющие части установки. В том числе задает команды координирующему устройству и системе создания и транспортировки газа.
Производятся также специальные установки для разрезания труб и обработки пластичных и мягких материалов. В целом, популярность лазерной резки продолжает расти, поскольку данная технология значительно снижает трудоемкость производственного процесса и минимизирует долю ручной работы. Резка нержавейки лазером также активно применяется для изготовления разнообразных деталей и создания декоративных изделий из листовых заготовок различной толщины.
