레이저 커팅 성공: 12가지 핵심 요소 공개

레이저 커팅 공정에서 중요한 역할을 하는 요소는 다음과 같습니다:

1. 레이저 모드: 연속파(CW) 또는 펄스, 열 입력 및 절단 품질에 영향을 줍니다.
2. 레이저 출력: 다양한 재료와 두께에 대한 에너지 밀도와 절단 능력을 결정합니다.
3. 초점 위치: 절단 효율을 극대화하기 위해 재료 표면을 기준으로 최적의 초점 위치를 배치합니다.
4. 노즐 높이: 노즐 팁과 공작물 사이의 거리로, 가스 흐름 역학 및 절단 품질에 영향을 줍니다.
5. 노즐 직경: 가스 흐름 특성과 커프 폭에 영향을 미치며 정밀 절단에 중요합니다.
6. 보조 가스 유형: 재료와 원하는 절단 특성에 따라 산소, 질소 또는 압축 공기를 선택합니다.
7. 가스 순도 지원: 순도가 높은 가스는 산화를 줄이고 절단면 품질을 개선합니다.
8. 가스 유량을 지원합니다: 이물질 제거, 열 방출 및 광학 장치 보호를 제어합니다.
9. 보조 가스 압력: 용융물 배출, 커프 폭 및 절단면 품질에 영향을 줍니다.
10. 절단 속도: 재료 특성 및 레이저 파라미터에 따라 생산성과 절단 품질이 균형을 이룹니다.
11. 공작물 재료: 구성, 두께 및 열 특성은 레이저 흡수 및 절단 동작에 영향을 미칩니다.
12. 표면 상태: 산화물, 코팅 또는 오염 물질의 존재는 레이저 흡수 및 절단 시작에 영향을 미칩니다.
13. 빔 품질: 초점 스팟 크기와 에너지 분포에 영향을 미치며, 정밀도와 효율성에 매우 중요합니다.
14. 광학장치 상태: 깨끗하고 적절하게 정렬된 옵틱은 최적의 빔 전달과 절단 일관성을 보장합니다.
15. 열 렌즈: 장시간 작동 시 광학장치 발열로 인한 초점 이동을 보정합니다.

다음과 관련된 프로세스 매개 변수 레이저 커팅 는 아래 그림과 같습니다.

그림 1 커팅 프로세스 매개변수

I. 레이저 모드

레이저 모드는 다음과 같은 경우 절단 공정에 큰 영향을 미치고 더 나은 결과를 만들어냅니다. 강철 절단 플레이트. 이는 레이저 모드 및 외부 광학 렌즈의 품질과 밀접한 관련이 있습니다.

레이저 빔의 단면에 걸친 빛의 강도 분포를 레이저 횡단 모드라고 합니다. 횡방향 모드는 일반적으로 레이저 모드로 간주됩니다.

다양한 횡단 모드는 TEMmn 기호로 표시되며, 여기서 TEM은 횡단 전자기파를 의미하고, M과 N은 각각 X축과 Y축 방향에서 광도가 0인 점의 서수를 나타내는 양의 정수로 모드 서수라고도 합니다.

다음 그림은 레이저 빔의 여러 가지 횡방향 모드의 초점을 표시합니다. 기본 모드라고도 하는 TEM00 모드에는 광도가 0인 점이 없습니다. TEM10 모드는 X 방향에 0 광도 점이 있고, TEM01 모드는 Y 방향에 0 광도 점이 있습니다. 모드 서수 M과 N이 클수록 초점에서 광도가 0인 점이 더 많아집니다.

다양한 횡방향 모드를 가진 레이저 빔을 멀티모드라고 합니다.

그림 2 모드 스팟

위에서 언급한 그림에서는 TEM00 모드를 기본 모드라고 합니다.

TEM*01 모드는 단일 링 모드이며 준 기본 모드라고도 합니다. TEM01과 구분하기 위해 별표 *가 추가됩니다.

실제로 TEM01 모드와 TEM10 모드는 X축과 Y축이 인위적으로 나뉘어 있기 때문에 동일한 모드라고 볼 수 있습니다. 몇 가지 모드의 스테레오그램은 아래와 같습니다.

그림 3: TEM00 모드의 스테레오그램

그림 4: TEM20 모드의 스테레오그램

그림 5: TEM23 모드의 스테레오그램

그림 6: 멀티모드의 스테레오그램.

II. 초점 위치

초점 위치는 중요한 매개변수이므로 적절하게 조정해야 합니다.

1. 초점 위치와 절단면의 관계

초점 위치	회로도	특징
제로 초점 거리: 공작물 표면에 초점을 맞춥니다.		5mm 이하의 얇은 탄소강에 적합합니다. (잘라내기 섹션) 공작물의 윗면에 초점을 맞추면 윗면은 절단 결과가 매끄럽지만 아랫면은 매끄럽지 않습니다.
네거티브 초점 거리: 초점은 공작물 표면 아래에 있습니다.		알루미늄, 스테인리스 스틸 및 기타 공작물에는 이 방법을 채택합니다. (잘라내기 섹션) 초점이 중앙과 하단에 위치하여 매끄러운 표면의 면적이 더 넓어집니다. 결과는 초점 거리가 0인 초점에 비해 이 위치에 초점을 맞추면 절단 폭이 더 넓고 절단 가스 흐름이 더 크다는 것을 나타냅니다. 또한 이 초점 위치에서는 천공 시간이 더 깁니다.
포지티브 초점 거리: 공작물 표면에 초점이 맞춰져 있습니다.		언제 두꺼운 강철 절단 플레이트에는 산소가 사용됩니다. 절단에 사용되는 산소의 산화는 위에서 아래로 일어나야 합니다. 플레이트의 두께를 수용하려면 더 넓은 절단 폭이 필요하며, 이는 설정을 조정하여 달성할 수 있습니다. 절단 섹션은 다음과 유사합니다. 가스 절단를 사용하여 산소를 불어넣어 거친 부분을 만듭니다.

2. 초점 위치가 커팅 섹션에 미치는 영향

표면 위 1.5mm	표면 위 0.5mm	표면 위 2.5mm

3. 초점 찾기

기본 개념은 마스킹 접착제를 사용하여 노즐을 막고 초점 거리를 조정하는 것입니다. 그런 다음 구멍이 뚫린 구멍의 크기를 확인합니다. 구멍이 가장 작은 위치가 초점이 됩니다. 마지막으로, 초점을 찾은 후 절단 프로세스에 따라 절단에 가장 적합한 초점을 결정합니다.

III. 노즐

노즐의 모양, 노즐의 직경, 노즐의 높이(노즐 배출구와 공작물 표면 사이의 거리)는 절단 결과에 영향을 미칩니다.

그림 7 노즐

1. 노즐의 기능

• 녹은 잔여물과 같은 불순물이 위로 튀어 올라와 노즐을 통과하여 초점 렌즈를 오염시키는 것을 방지하는 데 도움이 됩니다.
• 가스 확산의 면적과 크기를 조절하여 절단 품질을 제어합니다.

그림 8 노즐 없이 가스 배출

그림 9 노즐을 사용한 가스 배출

2. 노즐과 절단 품질 간의 관계

노즐 배출구 중앙과 레이저 빔 사이의 동축성은 절단 품질에 영향을 미치는 중요한 요소 중 하나입니다. 공작물이 두꺼울수록 더 큰 영향을 받습니다. 노즐이 변형되거나 용융 얼룩이 생기면 동축성이 직접적인 영향을 받습니다.

따라서 노즐은 손상과 변형을 방지하기 위해 조심스럽게 보관해야 합니다. 노즐의 모양과 크기는 제조 정확도가 높으며 올바른 설치 방법에주의를 기울여야합니다.

노즐의 상태가 좋지 않은 경우 절단 조건을 변경해야 할 수 있으며 새 노즐로 교체하는 것이 좋습니다. 노즐이 레이저 축과 정렬되지 않으면 다음과 같이 절단 품질에 영향을 미칩니다.

1) 절단 부위에 미치는 영향

그림과 같이 보조 가스가 노즐에서 배출되면 가스 부피가 고르지 않게 되어 한쪽에는 용융 얼룩이 있지만 다른 쪽에는 용융 얼룩이 생기지 않습니다. 고르지 않은 가스 부피는 3mm 미만의 얇은 판재 절단에는 거의 영향을 미치지 않지만 두꺼운 판재를 절단할 때는 더 심각해져 때로는 성공적인 절단을 방해하기도 합니다.

그림 10 동축성이 절단 섹션에 미치는 영향

2) 날카로운 모서리에 대한 충격

공작물의 각도가 날카롭거나 작은 경우 과용융이 발생하기 쉬우므로 두꺼운 판재가 절단되지 않을 수 있습니다.

3) 천공에 미치는 영향

천공 불안정성, 타이밍 제어의 어려움, 후판의 과용융, 관통 조건 숙달의 어려움 등이 발생할 수 있습니다. 그러나 이러한 문제는 얇은 판재 절단에는 거의 영향을 미치지 않습니다.

3. 노즐 구멍과 레이저 빔 사이의 동축성 조정

노즐 구멍과 레이저 빔 사이의 동축성을 조정하는 단계는 다음과 같습니다:

(1) 그림과 같이 노즐의 배출구 끝면(보통 빨간색)에 잉크를 바르고 노즐 배출구 끝면에 접착 테이프를 붙입니다.

그림 11 동축 조정의 1단계

(2) 수동의 경우 10~20와트의 전력을 사용합니다. 드릴링.

(3) 노즐과 비교하기 위해 방향을 유지하도록 주의하면서 접착지를 제거합니다.

정상적인 조건에서는 레이저가 자체 접착 용지에 검은 점을 태웁니다. 그러나 노즐의 중심이 레이저 빔의 중심에서 너무 많이 벗어나면 레이저 빔이 노즐의 벽에 부딪히기 때문에 검은 점이 보이지 않습니다.

그림 12 노즐 편차가 너무 큼

(4) 중심점이 너무 크거나 작은 경우 조건이 일관되고 초점 렌즈가 안전한지 확인합니다.

그림 13 느슨한 초점 미러

(5) 노즐의 중심을 기준으로 검은 점의 방향을 관찰하고 그에 따라 노즐의 위치를 조정합니다.

그림 14 동축 레이저 빔의 위치 조정하기

4. 노즐 직경

조리개의 크기는 절단 및 천공 품질에 결정적인 영향을 미칩니다. 노즐 조리개가 너무 크면 절단 중에 용융된 재료가 튀면서 노즐 구멍을 통과하여 렌즈가 손상될 수 있습니다. 조리개가 클수록 이러한 현상이 발생할 가능성이 높아져 초점 렌즈의 보호 기능이 저하되고 렌즈 수명이 단축됩니다.

노즐 조리개 비교

φ1과 φ1.5 노즐의 차이점

5. 노즐 높이 조절

노즐 높이는 노즐 배출구와 공작물 표면 사이의 거리를 나타냅니다. 이 높이를 설정할 수 있는 범위는 0.5mm에서 4.0mm 사이이며, 절단 시 일반적으로 0.7mm-1.2mm로 설정합니다.

높이를 너무 낮게 설정하면 노즐이 공작물 표면과 충돌할 수 있습니다. 반대로 너무 높게 설정하면 보조 가스 압력과 농도가 감소하여 절단 품질이 저하됩니다. 드릴링 중에는 드릴링 스플래시로 인해 초점 렌즈가 오염되는 것을 방지하기 위해 높이를 3.5mm~4mm 정도로 약간 높게 설정해야 합니다.

그림 15 노즐 높이

정전식 센서 컨트롤 박스

그림과 같이 을 클릭하면 노즐 높이 조정 항목이 표시됩니다.

IV. 절단 속도

절단 속도는 절개 폭과 거칠기에 직접적인 영향을 미칩니다. 재료의 두께와 절단 가스의 압력에 따라 달라지는 최적의 절단 속도 값이 있습니다. 이 값은 일반적으로 최대 절단 속도의 약 80%입니다.

1. 너무 빠른 속도

절단 속도가 너무 빠르면 다음과 같은 문제가 발생할 수 있습니다:

• 무작위 스파크가 있는 불완전한 컷.
• 어떤 부분은 잘리고 어떤 부분은 잘리지 않는 일관성 없는 컷.
• 솔루션이 없는 두꺼운 절단 섹션.

잘라낸 부분에는 바닥에 경사진 줄무늬와 용액 얼룩이 생깁니다.

그림 18 너무 빠른 속도

2. 너무 느린 속도

(1) 과도하게 용융하면 절단면이 거칠어집니다.

(2) 슬릿이 넓어지고 날카로운 모서리가 녹습니다.

(3) 이는 절단 효율에 영향을 미칩니다.

3. 적절한 절단 속도 결정

절단 스파크에 따라 이송 속도를 높이거나 낮출지 여부를 결정합니다.

1) 불꽃이 위에서 아래로 퍼짐

그림 19 일반 절단 속도

2) 스파크가 기울어져 있으면 절단 속도가 너무 빠릅니다.

그림 20 절단 속도가 너무 빠름

3) 스파크가 확산되지 않고 적고 한데 모이면 속도가 너무 느립니다.

그림 21 절단 속도가 너무 느림

이송 속도가 적당합니다.

그림과 같이 절단 표면은 비교적 매끄러운 선을 표시하고 아래쪽 절반에는 녹지 않습니다.

그림 22 일반 절단 속도

V. 보조 가스 절단

절단 보조 가스의 종류와 압력을 선택할 때는 다음 요소를 고려하세요:

• 산소는 일반적으로 저압 드릴링 및 저압 절삭으로 일반 탄소강을 절단하는 데 사용됩니다.
• 에어 커팅 은 일반적으로 비금속 절단에 사용됩니다.
• 질소는 일반적으로 다음과 같은 용도로 사용됩니다. 스테인리스 스틸 절단.
• 가스 순도가 높을수록 절단 품질이 향상됩니다.
• 저탄소 강판 절단 시 가스 순도는 99.6% 이상이어야 하며, 12mm 이상의 두꺼운 탄소 강판 절단 시에는 산소 순도가 99.9% 이상이어야 합니다.
• 스테인리스 강판 절단용 질소 순도는 99.6% 이상이어야 합니다.
• 질소 순도가 높을수록 더 좋은 품질의 컷을 얻을 수 있습니다.
• 가스 순도가 낮으면 절단 품질에 영향을 미칠 뿐만 아니라 렌즈 오염의 원인이 됩니다.

1. 보조 가스가 절단 품질에 미치는 영향

(1) 가스는 방열 및 연소에 기여하고 용액을 제거하며 절단 표면 품질을 향상시킵니다.

(2) 낮은 가스 압력이 절단에 미치는 영향.

a. 절단면이 녹았습니다.

b. 절단 속도를 높일 수 없어 효율성에 영향을 미칩니다.

(3) 높은 가스 압력이 절단 품질에 미치는 영향

a. 공기 흐름이 너무 높으면 절단면이 더 두꺼워지고 이음새가 더 넓어집니다.

b. 공기 흐름이 과도하면 절단된 조각이 녹아 좋은 절단 품질을 얻을 수 없습니다.

2. 보조 가스가 천공에 미치는 영향

(1) 가스 압력이 너무 낮으면 관통이 어려워지고 시간이 늘어납니다.

(2) 가스 압력이 너무 높으면 침투점이 녹고 넓은 용융 영역이 형성됩니다.

결과적으로 얇은 판의 천공 압력은 두꺼운 판의 천공 압력보다 높습니다.

3. 플렉시 유리 절단용 보조 가스

플렉시유리는 가연성입니다. 투명하고 밝은 절단 표면을 얻기 위해 질소 또는 공기가 난연제로 선택됩니다. 산소를 선택하면 절단 품질이 충분하지 않습니다. 따라서 절단시 실제 상황에 따라 적절한 압력을 선택해야합니다.

가스 압력이 작을수록 커팅 라이트의 밝기가 높아지고 커팅 부위가 좁아집니다. 그러나 가스 압력이 너무 낮으면 절단 속도가 느려지고 플레이트 표면 아래에서 불꽃이 발생하여 하부 표면의 품질에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다.

VI. 레이저 파워

그리고 레이저 파워 레이저 절단에 필요한 레이저 출력은 주로 절단 유형과 절단 대상 재료의 특성에 따라 달라집니다. 기화 절단에 가장 많은 레이저 출력이 필요하며, 용융 절단과 산소 절단이 그 뒤를 잇습니다.

레이저 출력은 절단 두께, 속도 및 절개 폭에 큰 영향을 미칩니다. 레이저 출력이 증가하면 절단할 수 있는 재료의 두께가 증가하고 절단 속도가 빨라지며 절개 폭도 증가합니다.

레이저 출력은 절단 공정과 품질을 결정하는 데 중요한 역할을 합니다.

1. 전원이 너무 작아서 차단할 수 없습니다.

그림 26 너무 낮은 전력

2. 파워가 너무 높으면 절단면 전체가 녹습니다.

그림 27 과도한 전력

3. 전원이 부족하여 다음과 같은 결과가 발생합니다. 녹은 얼룩 자른 후

그림 28 전력 부족

4. 전력이 적절하고 절단면이 다음과 같이 양호합니다. 녹은 얼룩.

그림 29 적정 전력

절단 매개변수 요약

레이저 커팅의 주요 매개 변수

절단 속도

레이저 출력 밀도와 재료가 주어지면 절단 속도는 경험적 공식을 따릅니다. 임계값을 초과하는 한 재료의 절단 속도는 레이저 출력에 비례하므로 출력 밀도를 높이면 절단 속도가 빨라질 수 있습니다.

절단 속도는 또한 절단되는 재료의 밀도와 두께에 반비례합니다. 절단 속도를 개선하는 방법에는 여러 가지가 있습니다:

(1) 전력을 늘립니다(500-3000W 범위에서);

(2) 빔 모드를 변경합니다;

(3) 초점 스팟 크기를 줄입니다(예: 초점 거리가 짧은 렌즈 사용).

금속 재료의 경우 다른 공정 변수를 변경하지 않으면 레이저 절단 속도 는 만족스러운 절단 품질을 유지하면서 범위 내에서 조정할 수 있습니다. 이 범위는 얇은 금속을 절단할 때 상대적으로 넓게 나타납니다.

초점 위치

레이저 빔이 초점을 맞춘 후 스폿 크기는 렌즈의 초점 길이에 비례합니다. 초점 거리가 짧은 렌즈는 스폿 크기가 작고 초점에서 출력 밀도가 높기 때문에 재료 절단에 이상적입니다. 그러나 초점 깊이가 매우 짧고 조정 마진이 제한적이라는 단점이 있어 일반적으로 얇은 소재의 고속 절단에 적합합니다.

두꺼운 공작물의 경우, 충분한 출력 밀도가 있는 한 초점 깊이가 더 넓은 망원 렌즈가 절단에 더 적합합니다.

대부분의 경우, 가장 높은 출력 밀도는 초점에 있으며, 이는 일반적으로 절단 중 공작물의 표면 바로 위 또는 약간 아래에 있습니다. 안정적인 절단 품질을 얻으려면 초점과 공작물 사이의 상대적 위치를 일정하게 유지하는 것이 중요합니다.

작동 중에 냉각이 제대로 되지 않아 렌즈가 가열되어 초점 거리가 변경될 수 있다는 점에 유의하세요. 이러한 경우 적시에 초점 위치를 조정해야 합니다.

보조 가스

보조 가스는 레이저 빔과 동일한 축을 따라 분사되어 렌즈를 오염으로부터 보호하고 절단 영역 하단의 용융된 슬래그를 제거합니다. 비금속 및 일부 금속 재료압축 공기 또는 불활성 가스를 사용하여 용융 및 증발된 재료를 제거하고 절단 부위에서 과도한 연소를 방지합니다.

보조 가스 압력

대부분 금속 레이저 절단 는 반응성 가스(산소)를 사용하여 뜨거운 금속과 산화 발열 반응을 일으킵니다. 이 추가 열은 절단 속도를 1/3에서 1/2까지 증가시킬 수 있습니다.

얇은 판재를 고속으로 절단할 때는 절단면이 슬래그에 달라붙는 것을 방지하기 위해 더 높은 가스 압력이 필요합니다. 더 두꺼운 재료를 절단하거나 느린 속도로 절단할 때는 가스 압력을 적절히 낮출 수 있습니다.

레이저 출력 전력

레이저 출력과 모드의 품질은 절단에 상당한 영향을 미칩니다. 실제 작업에서는 높은 절단 속도를 달성하거나 두꺼운 재료를 절단하기 위해 최대 출력을 설정하는 경우가 많습니다.

마무리

위의 단락에서는 자르기 효과의 매개변수에 영향을 줄 수 있는 대부분의 요인에 대해 설명했습니다. 다음 표에는 자르기 매개변수에 대한 일반적인 값이 나열되어 있습니다. 이러한 값은 특정 사례에 한정된 것은 아니지만 올바른 시작 매개변수를 결정하기 위한 참고 자료로 사용할 수 있습니다.

DC030의 일반적인 값 스테인리스 스틸 절단 매개변수

DC030 저탄소강 절삭 파라미터의 일반적인 값

DC025A1Mg3N2 강철 절삭 파라미터의 일반적인 값

다음 사진은 다양한 초점 거리에서 15mm 탄소강과 8mm 스테인리스 강판을 절단하는 모습을 보여줍니다.