Лазерная резка толстого металла

Лазерная обработка широко используется в процессе конвейерного и мелкосерийного производства стальных деталей. С помощью светового луча можно изготовить заготовки практически любой формы (в том числе криволинейной). Толщина обрабатываемого металла зависит от технических возможностей лазерной установки. Перед запуском серийного производства необходимо проверить тестовую деталь. Не нужно забывать о том, что лазерное оборудование нуждается в систематическом техническом обслуживании.

Аппарат позволяет создавать качественную линию отреза, которая практически не нуждается в дальнейшей обработке. Проблемы при резке металла могут возникать при нарушении технического процесса (например, скорости обработки металла) или использовании некачественного сырья.
Существуют следующие типы брака, появляющиеся при обработке стальных заготовок:

Грат. Дефект представляет собой затвердевшие капли металла, образующиеся на отрезном крае. Для устранения грата используется шлифовка при помощи различных абразивных материалов и инструментов (указанный метод не применяется при обработке сверхточных изделий).
Неровная линия отреза. Дефект возникает при несвоевременном обслуживании аппарата и износе отдельных деталей лазерной установки (например, линейных направляющих). Неровная линия отреза может возникать при отсутствии дополнительных механизмов для укрепления заготовки на рабочем столе. Еще одной причиной появления дефекта может быть недостаточная масса металлического листа.
Борозды. Дефект возникает при разрезании металлических заготовок большой толщины. Причиной образования борозд становится отрыв газового потока. Проблема устраняется путем корректировки режима резки и смены выходного давления газовой струи.

При обработке толстолистовых (более 25 мм) заготовок важную роль играет вспомогательный газ, с помощью которого удаляется расплавленный металл и обеспечивается качество разреза. Для обработки массивных заготовок требуется увеличение мощности излучения. При этом могут возникнуть сложности с обеспечением необходимого качества одномодового потока. Указанные проблемы снижают скорость обработки толстолистовых заготовок.

Понижение качества отрезной кромки объясняется уменьшением воздействия струи, удаляющей расплавленный металл. Отрыв газового потока происходит по следующему алгоритму:

При поступлении струи на стенках канала появляются пограничные зоны, размер которых растет вместе с глубиной отверстия.
Увеличивающаяся прослойка захватывает расплав. При наличии глубокого отверстия происходит смыкание слоев.
Газовая струя теряет скорость.
Замедление скорости перемещения газа приводит к увеличению давления.
Следствием предыдущего пункта является отрыв газового потока и появление обратного течения.

Описанное явление отрицательно отражается на качестве обработки металлической поверхности. Для его устранения необходимо проделать ряд операций. Перед запуском лазерной установки нужно обязательно учесть тип и толщину заготовки. После этого необходимо настроить соответствующие параметры режущего устройства.

Тепловые эффекты, возникающие в разрезаемых металлах

Тепловые эффекты в металлах возникают в процессе обработки заготовки лазером. Если световой луч используется для обработки листов из низкоуглеродистых сталей, то отрезная кромка может стать менее твердой. Изменение свойств металла происходит из-за образования зоны отжига, толщина которой составляет тысячные доли сантиметра.

При изменении свойств кромки может потребоваться дополнительная обработка детали. Если лазерный луч используется для резки заготовок из средне- и высокоуглеродистой стали (объем углерода более 3 %), то вдоль отрезного края образуется мартенсит.
Игольчатая микроструктура металла образуется в несколько этапов:

Сталь в месте разреза нагревается до температуры (1500° C).
Металл, разогретый до температуры более 900 °С преобразуется в аустенит.
Сталь в области разреза и граничных областей охлаждается и превращается в мартенсит, отличающийся повышенной твердостью.

Описанные преобразования возникают из-за того, что карбид железа не успевает попасть в ферритовые зоны с низким содержанием углерода. После окончательного остывания высокоуглеродистая сталь твердеет, а низкоуглеродистая становится мягкой. Получившийся материал не имеет однообразной структуры. В затвердевшем слое часто присутствуют микротрещины, которые ухудшают прочность стали.

Резка легированных изделий

Низколегированные сплавы хорошо поддаются лазерной обработке. При резке высоколегированных сталей возникают определенные сложности. Хром и другие вещества увеличивают вязкость расплавленного металла и способствуют образованию темной оксидной пленки. Если лазер используется для обработки высоколегированной стали, то отрезная кромка получается шероховатой. При наличии в металле достаточного количества углерода образуется мартенсит.

Обработка нержавеющей стали

Нержавеющая сталь — это материал с высоким содержанием хрома. Если такой материал режется лазером в кислородной среде, то кромка покрывается слоем оксидов. Во многих случаях описанный процесс является нежелательным, так как он ухудшает качества отрезного края.

Для решения указанной проблемы кислород меняют на азот, который не вступает в реакцию с металлом. К недостаткам резки в среде инертного газа можно отнести снижение скорости резки заготовок и допустимой толщины обрабатываемых деталей. Кроме того, азот увеличивает вязкость нагретого сплава и повышает адгезию металла к краю обрезной кромки.

Резка алюминиевых деталей

Сплавы алюминия отличаются большой теплопроводностью и имеют высокий коэффициент отражения. Указанные характеристики затрудняют лазерную обработку алюминиевых изделий. При резке сплавов марок 2000 и 7000 на отрезном крае могут появиться микротрещины. Возникшие дефекты снижают усталостную прочность материала. Детали с микротрещинами не могут применяться в аэрокосмической отрасли (основной потребитель алюминиевых сплавов).

Комплектующие могут использоваться только после снятия поверхностного слоя. Данная процедура отличается высокой стоимостью и делает лазерную обработку экономически нецелесообразной. Резка алюминиевых деталей, предназначенных для постройки летательных аппаратов, осуществляется при помощи гидроабразивных установок. Такой способ обработки не нагревает металл в зоне отреза.

Лазерная резка может использоваться при подготовке деталей, которые будут эксплуатироваться в стандартных условиях. Указанный способ обработки имеет ограниченное применение при подготовке заготовок для машиностроительной отрасли.

Обработка титановых заготовок

Титановые сплавы вступают в активное взаимодействие как с кислородом, так и с азотом. При использовании указанных газов в процессе резки образуются нитриды и появляется оксидная пленка. Обработанные таким образом детали имеют неудовлетворительные эксплуатационные характеристики. Для резки титановых заготовок обычно используется смесь аргона и гелия. Детали, обработанные в инертной среде, могут использоваться в различных механизмах и оборудовании.

Профессиональная лазерная резка металлов

Лазерная резка металлов — это сложная задача, которая под силу только квалифицированным специалистам. Компания «Сталеведъ» оказывает полный спектр услуг, связанных с раскройкой стальных листов. Обработка заготовок производится на современном иностранном оборудовании.

Сертифицированные специалисты «Сталеведа» знают все особенности и тонкости лазерной резки. Техническая и коммерческая информация предоставляется по телефону и электронной почте. Опытные консультанты компании рассчитают стоимость заказа и помогут заключить договор.