7 oplossingen voor problemen met lasersnijden van plaatmetaal

Snijperforatietechnologie

Als algemene regel, boren Een klein gat in het plaatmetaal is noodzakelijk voor elk heet snijproces, met slechts een paar uitzonderingen waarbij het snijden vanaf de rand van het plaatmetaal kan beginnen.

Vroeger werd een gat geponst met behulp van een ponsmal in een laserstansmachine voordat het lasersnijproces begon.

Er zijn twee fundamentele methoden voor lasersnijden zonder het gebruik van een stempelapparaat:

Straalperforatie

Tijdens continue laserbestraling vormt zich een gelokaliseerde smeltpool in het midden van het materiaal. Dit gesmolten materiaal wordt snel uitgeworpen door het zuurstofhoudende hogedrukgas bij de laserstraal, wat resulteert in de vorming van een doorgang.

De afmetingen van de perforatie worden voornamelijk beïnvloed door de plaatdikte, het laservermogen en de gasparameters. Gewoonlijk is de gemiddelde diameter van de straalperforatie ongeveer 50-60% van de plaatdikte. Naarmate de plaatdikte toeneemt, worden de perforaties groter en kunnen ze afwijken van een cirkelvorm door de expansie van de door warmte beïnvloede zone en de zwaartekrachteffecten op het gesmolten materiaal.

Deze methode wordt over het algemeen niet aanbevolen voor onderdelen die een hoge precisie of nauwe toleranties vereisen. Het is het meest geschikt voor het snel maken van gaten in niet-kritieke gebieden of afvalmateriaal. Het proces kan worden geoptimaliseerd voor specifieke toepassingen door de laserparameters en de gasstroom aan te passen.

Het is belangrijk op te merken dat de zuurstofdruk die gebruikt wordt tijdens het perforatieproces vaak gelijk is aan de druk die gebruikt wordt bij snijbewerkingen. Deze hoge druk, hoewel effectief voor materiaalverwijdering, kan leiden tot overmatig spatten en mogelijke oppervlaktevervuiling rond de perforatieplaats. Voor toepassingen die schonere perforaties vereisen, kunnen alternatieve hulpgassen zoals stikstof of argon worden overwogen, zij het ten koste van de snijsnelheid.

Perforatie pols

Een gepulseerde laser met hoog piekvermogen wordt gebruikt om plaatselijk materiaal snel te smelten of te verdampen. Inerte gassen zoals stikstof of schone perslucht worden gebruikt als hulpgassen om de uitzetting van gaten, veroorzaakt door exotherme oxidatie, te beperken. De gasdruk wordt lager gehouden dan bij snijden met zuurstofondersteuning. Elke laserpuls genereert microdruppeltjes die worden uitgeworpen en geleidelijk in het materiaal doordringen. Bijgevolg kan het perforeren van dikke platen enkele seconden in beslag nemen.

Na voltooiing van de perforatie wordt het hulpgas snel omgeschakeld naar zuurstof voor snij-initiatie. Deze techniek resulteert in een kleinere perforatiediameter en een superieure perforatiekwaliteit in vergelijking met conventionele perforatiemethoden. Om dit te bereiken moet het lasersysteem niet alleen een hoger uitgangsvermogen hebben, maar ook nauwkeurige ruimtelijke en temporele straalkarakteristieken vertonen. Standaard flow CO2 lasers voldoen meestal niet aan deze strenge eisen.

Verder vereist pulsperforatie een geavanceerd gasregelsysteem dat in staat is om het gastype, de druk en de perforatieduur nauwkeurig te regelen. Om sneden van hoge kwaliteit te garanderen tijdens pulsperforatie moet de overgang van gepulst perforeren naar continu snijden nauwkeurig beheerd worden.

Theoretisch kunnen snijparameters zoals brandpuntsafstand, afstand tot de straalpijp en gasdruk worden aangepast tijdens de versnellingsperiode. In industriële toepassingen is het moduleren van het gemiddelde vermogen van de laser echter praktischer en efficiënter. Dit kan worden bereikt door de pulsbreedte, frequentie of een combinatie van beide te wijzigen. Uitgebreid onderzoek heeft aangetoond dat de laatste aanpak, het gelijktijdig aanpassen van zowel de pulsbreedte als de frequentie, optimale resultaten oplevert in termen van snijkwaliteit en processtabiliteit.

Analyse van de vervorming bij het snijden van kleine gaten (kleine diameter en dikte)

Bij het snijden van kleine gaten met krachtige lasersystemen kunnen vervormings- en kwaliteitsproblemen ontstaan door de energieconcentratie in een beperkt gebied. Traditionele pulsperforatietechnieken (zacht perforeren) zijn effectief voor minder krachtige systemen, maar kunnen leiden tot verkoling en gatvervorming bij toepassingen met hoog vermogen.

De primaire oorzaak van dit fenomeen is de intense lokalisatie van laserenergie tijdens pulsperforatie. Deze geconcentreerde warmte-inbreng kan resulteren in overmatig smelten van het materiaal, verdamping en thermische stress in het omringende gebied dat niet bewerkt wordt. Hierdoor wordt de geometrie van de perforatie aangetast en gaat de algehele kwaliteit van de bewerking achteruit.

Om deze problemen bij lasersnijsystemen met hoog vermogen te beperken, wordt aanbevolen om over te stappen van pulsperforatie naar perforatiestralen (ook bekend als enkelvoudige pulsdoorboring of gewone perforatie). Deze methode maakt gebruik van een enkele, hoogenergetische puls om snel een eerste gat te maken, waardoor de warmte-beïnvloede zone wordt verkleind en materiaalvervorming wordt geminimaliseerd.

De belangrijkste voordelen van perforatiestralen voor het snijden van kleine gaten met krachtige lasers zijn onder andere:

1. Verminderde thermische input naar het omringende materiaal
2. Snellere verwerkingstijden
3. Verbeterde gatengeometrie en randkwaliteit
4. Minimaal risico op verkoling en vervorming van het materiaal

Voor lasersnijmachines met een lager vermogen blijft pulsperforatie daarentegen de voorkeursmethode voor het snijden van kleine gaten. Deze techniek biedt verschillende voordelen in minder krachtige systemen:

1. Verbeterde controle over het snijproces
2. Verbeterde kwaliteit van oppervlakteafwerking
3. Minder risico op thermische schade aan kwetsbare materialen
4. Betere precisie voor ingewikkelde ontwerpen

Aanpak van braamvorming bij lasersnijden van laag koolstofstaal

Bij het snijden van koolstofstaal met CO2 lasertechnologie kan braamvorming een belangrijk probleem zijn. Het begrijpen van de hoofdoorzaken en het implementeren van de juiste oplossingen is cruciaal voor het bereiken van schone, nauwkeurige sneden. Hier zijn de belangrijkste factoren die bijdragen aan braamvorming en hun respectievelijke oplossingen:

1. Onjuiste brandpuntsafstand: Voer een brandpuntspositietest uit en pas de offset dienovereenkomstig aan. De juiste focus zorgt voor optimale energieconcentratie op het snijpunt.
2. Onvoldoende laservermogen: Controleer of de lasergenerator goed werkt en controleer de uitvoerinstellingen op het bedieningspaneel. Pas het vermogen aan aan de materiaaldikte en snijvereisten.
3. Suboptimale zaagsnelheid: Verhoog de zaagsnelheid via het besturingssysteem van de machine. De juiste balans vinden tussen snelheid en vermogen is essentieel voor zuiver zagen.
4. Beperkte kwaliteit van het hulpgas: Zorg ervoor dat er zeer zuiver hulpgas (meestal stikstof of zuurstof) wordt gebruikt. De zuiverheid van het gas heeft een directe invloed op de snijkwaliteit en braamvorming.
5. Afwijking van het brandpunt: Voer regelmatig brandpunttests uit, vooral voor lange snijsessies. Pas de offset aan om eventuele afwijkingen door thermische effecten of mechanische slijtage te compenseren.
6. Instabiliteit van het systeem door langdurig gebruik: Als er aanhoudende problemen optreden na langdurig gebruik, overweeg dan een volledige herstart van het systeem. Dit kan softwarefouten of thermische instabiliteit verhelpen.

Analyse van de braam op het werkstuk bij het snijden van roestvast staal en aluminium zinkplaat met de lasersnijder.

Bij het snijden van koolstofarm staal, roestvast staal of aluminium-zink platen met een lasersnijder is braamvorming een veelvoorkomende uitdaging die een zorgvuldige afweging van meerdere factoren vereist. De hoofdoorzaken van bramen kunnen variëren afhankelijk van de materiaaleigenschappen en snijparameters.

Voor staal met een laag koolstofgehalte moet het eerste onderzoek zich richten op de belangrijkste factoren die braamvorming beïnvloeden, zoals het laservermogen, de snijsnelheid, de positie van het brandpunt en de druk van het hulpgas. Het simpelweg verhogen van de snijsnelheid is echter niet altijd een effectieve oplossing, omdat dit het vermogen van de laser om volledig in het materiaal door te dringen in gevaar kan brengen, vooral bij het verwerken van dikkere platen of sterk reflecterende materialen zoals aluminium-zinklegeringen.

In het geval van aluminium-zink platen, die bekend staan om hun hoge thermische geleidbaarheid en reflectiviteit, zijn extra overwegingen nodig. De interactie van de laser met deze materialen kan complexer zijn en vereist vaak een nauwkeurig evenwicht tussen vermogen, snelheid en afstelling van het brandpunt om zuivere sneden met minimale bramen te verkrijgen.

Houd rekening met de volgende factoren om de snijprestaties te optimaliseren en braamvorming te verminderen:

1. Toestand van het mondstuk: Een versleten of beschadigd mondstuk kan de gasstroom verstoren, wat leidt tot inconsistente zaagsneden en meer braam. Regelmatige inspectie en vervanging van mondstukken zijn cruciaal voor het behoud van de snijkwaliteit.
2. Stabiliteit van het bewegingssysteem: Trillingen of instabiliteit in de geleiderbeweging kunnen schommelingen veroorzaken in de positie van het brandpunt, wat kan leiden tot onregelmatige sneden en braamvorming. Zorg ervoor dat het bewegingssysteem van de machine goed onderhouden en gekalibreerd is.
3. Keuze en druk van het hulpgas: Voor roestvrijstalen en aluminium-zinkplaten wordt vaak de voorkeur gegeven aan stikstof als hulpgas om oxidatie te voorkomen. Optimaliseer de gasdruk om gesmolten materiaal effectief te verwijderen zonder overmatige turbulentie te veroorzaken.
4. Brandpuntsafstand en -positie: Pas de positie van het brandpunt ten opzichte van het materiaaloppervlak aan om de optimale vermogensdichtheid voor zuivere sneden te verkrijgen. Dit kan variëren afhankelijk van de materiaaldikte en -samenstelling.
5. Snijparameters optimaliseren: Stel laservermogen, snijsnelheid en pulsfrequentie (indien van toepassing) nauwkeurig af op basis van materiaalspecifieke vereisten. Overweeg het gebruik van parameterdatabases of het uitvoeren van snijproeven om de optimale instellingen voor elk materiaaltype en dikte te bepalen.
6. Kwaliteit van de straal en conditie van de optiek: Zorg ervoor dat de laserstraal goed is uitgelijnd en gericht en dat alle optische componenten schoon en in goede staat zijn om consistente snijprestaties te behouden.

Analyse van de onvolledige snijtoestand van de laser.

Na een uitgebreide analyse zijn de volgende factoren geïdentificeerd als de belangrijkste factoren die bijdragen aan instabiele lasersnijprocessen:

1. Verkeerde spuitmondkeuze in verhouding tot de plaatdikte:
   De geometrie en diameter van de nozzles hebben een grote invloed op de dynamiek van de gasstroom en de snijefficiëntie. Verkeerd afgestemde spuitmonden kunnen leiden tot onvoldoende gasdruk of een onjuiste bundelfocus, wat resulteert in onvolledige sneden.
2. Te hoge snijsnelheid:
   Als de verplaatsingssnelheid hoger is dan de optimale snelheid voor een bepaald materiaal en een bepaalde dikte, kan dit leiden tot onvoldoende energiedichtheid aan het snijfront. Dit resulteert vaak in slijpselvorming, onvolledige penetratie of onregelmatige kerfbreedte.
3. Onjuiste brandpuntsafstand voor dikkere materialen:
   Voor het snijden van 5mm koolstofstalen platen is het cruciaal om de standaardlens te vervangen door een laserlens met een brandpuntsafstand van 7,5″. Deze aanpassing optimaliseert de focusdiepte van de straal en zorgt voor de juiste energieconcentratie over de gehele materiaaldikte.

Bijkomende factoren die kunnen bijdragen aan een instabiele verwerking zijn onder andere:

• Verkeerde hulpgasdruk en -type
• Verontreinigde of beschadigde scherpsteloptiek
• Fluctuaties in laservermogen
• Onjuiste afstand tussen het mondstuk en het werkstuk
• Materiaal inconsistenties of oppervlakteverontreinigingen

De oplossing voor niet-normale vonkpatronen bij het snijden van laag koolstofstaal

Abnormale vonkpatronen tijdens het lasersnijden van koolstofstaal kunnen de kwaliteit van de snijkanten en de algehele precisie van het werkstuk aanzienlijk beïnvloeden. Als andere snijparameters binnen het normale bereik liggen, overweeg dan de volgende mogelijke oorzaken en oplossingen:

1. Degradatie van de spuitmond:
   De lasernozzle kan verslechterd of beschadigd zijn. Vervang de straalpijp onmiddellijk door een nieuwe om de optimale snijprestaties te herstellen. Regelmatige inspectie en vervanging van het mondstuk moet deel uitmaken van uw preventieve onderhoudsschema.
2. Snijgasdruk aanpassen:
   Als onmiddellijke vervanging van het mondstuk niet haalbaar is, is een tijdelijke oplossing om de druk van het snijgas te verhogen. Dit kan helpen bij het compenseren van een verminderde gasstroom door slijtage of gedeeltelijke blokkering van de spuitmond. Houd de snijkwaliteit echter goed in de gaten, want een te hoge druk kan leiden tot andere problemen, zoals verhoogde drossvorming.
3. Losse sproeieraansluiting:
   De schroefverbinding tussen de straalpijp en de lasersnijkop kan los zijn geraakt. In dit geval:

• Stop het snijden onmiddellijk om verdere schade te voorkomen.
• Inspecteer de laserkop zorgvuldig en let daarbij vooral op de straalpijpverbinding.
• Als de schroefverbinding los zit, draait u deze stevig vast en zorgt u voor de juiste uitlijning.
• Voer een testsnede uit om te controleren of het probleem is opgelost.

1. Extra overwegingen:

• Controleer of de spuitopening schoon is en verwijder eventuele obstructies.
• Controleer of de laserstraal goed gecentreerd is in de straalpijp.
• Zorg ervoor dat het brandpunt van de laser correct is ingesteld voor de materiaaldikte.
• Controleer de conditie van de beschermende lens en vervang deze indien nodig.

Selectie van perforatiepunten bij lasersnijden

Het werkingsprincipe van lasersnijden:

Tijdens het lasersnijproces creëert de gefocuste laserstraal een plaatselijke smeltpool op het materiaaloppervlak. Terwijl de straal blijft bestralen, vormt deze een depressie in het midden. Hogedrukgas, coaxiaal met de laserstraal, drijft het gesmolten materiaal snel uit, waardoor een sleutelgat ontstaat. Dit sleutelgat dient als het initiële penetratiepunt voor het contoursnijden, analoog aan een geleidingsgat bij conventionele bewerking.

De laserstraal beweegt zich meestal loodrecht op de raaklijn van de gesneden contour. Bijgevolg is er een significante verandering in de snijvector wanneer de straal overgaat van initiële penetratie naar contoursnijden. De vector draait ongeveer 90°, waardoor de snijrichting op één lijn komt te liggen met de raaklijn aan de contour.

Deze snelle vectoriële verschuiving kan leiden tot problemen met de oppervlaktekwaliteit op het overgangspunt, mogelijk resulterend in een verhoogde ruwheid of variaties in kerfbreedte.

Bij standaardbewerkingen waarbij de eisen voor oppervlakteafwerking niet streng zijn, bepaalt geautomatiseerde CNC-software over het algemeen de prikpunten. Voor toepassingen waarbij een hoge oppervlaktekwaliteit of krappe toleranties vereist zijn, is handmatige interventie echter cruciaal.

Bij het handmatig aanpassen van het prikpunt wordt de initiële penetratielocatie strategisch verplaatst. Deze optimalisatie heeft als doel de impact van de vectorverandering op de snijkwaliteit te minimaliseren. Factoren om rekening mee te houden zijn onder andere:

1. Materiaaleigenschappen (dikte, thermische geleidbaarheid)
2. Laserparameters (vermogen, frequentie, pulsduur)
3. Hulpgastype en -druk
4. Gewenste contourgeometrie

Door het prikpunt zorgvuldig te kiezen, kunnen technici de algehele snijkwaliteit aanzienlijk verbeteren, waardoor er minder nabewerking nodig is en de onderdeelprecisie toeneemt. Geavanceerde technieken zoals ramping of dimpling kunnen ook worden toegepast om het penetratieproces verder te optimaliseren.

Het is belangrijk op te merken dat handmatige punctiepuntselectie superieure resultaten kan opleveren, maar dat dit expertise vereist en de programmeertijd kan verlengen. Daarom moet een kosten-batenanalyse worden uitgevoerd om te bepalen wanneer dit niveau van optimalisatie gerechtvaardigd is.