Температура лазера при резке металла

Обновлено: 15.06.2024

Лазер может резать материалы разными способами. В зависимости от используемой мощности, дополнительных средств и программы резки материал будет вести себя по‑разному. Давайте разберемся в этом — тема, во‑первых, интересная, а во‑вторых, полезная для производственников. Чем полезная? А очень просто: когда вы понимаете возможности, которыми можете воспользоваться — вы всегда можете выбрать именно ту, которая даст максимальную выгоду. Максимальная выгода в любых обстоятельствах — это неслабая польза.

Способов, которыми лазер может раскроить материал — навскидку 4:

• плавление,
• испарение,
• сгорание,
• раскалывание.

Почему мы почти не будем говорить про раскалывание лазером?

Но про один из них мы сегодня говорить почти не будем. Да‑да, это раскалывание. Казалось бы — как лазер, то есть луч света, может расколоть твердое тело? Раскалывают ведь обычно дрова топором — бьют с силой и материал разделяется?

Но лазер может. Это эффект термораскалывания, его используют для хрупких материалов вроде стекла. Естественно, лазером не бьют по предмету — это невозможно. Фишка здесь в том, чтобы резко разогреть лучом небольшой участок, пока струя сжатого воздуха из сопла привычно охлаждает окружающую поверхность. От такого обращения и резкого перепада температуры стекло обиженно трескается — и, что самое главное, трещина увеличивается управляемо, следуя за лучом. Допустим, классическая резка позволяет получать более точные очертания, но термораскалывание в этом плане тоже не промах.

Почему тогда мы не будем подробно на нем останавливаться? А всё просто — как уже было сказано, это технология для работы со стеклом и подобными материалами. Мы специализируемся на металле — и предпочитаем говорить о том, что знаем и любим. И о том, с чем можем помочь сами, если у вас возникнет такая потребность. Итак — три режима лазерной резки металла.

Лазерная резка в режиме плавления

Как это происходит?

Основной режим лазерной резки. Идеальный для большинства задач при лазерной резке металла. В основном, когда говорят о лазерной резке — подразумевают именно лазерную резку в режиме плавления. Суть режима, если объяснять «на пальцах», такова:

1. Лазерный луч раскаляет поверхность участка металла до температуры плавления. Эта температура для разных металлов и сплавов — естественно, разная. Но программа резки всегда составляется с учетом этого — мощность луча и скорость движения именно таковы, чтобы расплавить металл в зоне резки на всю глубину и в то же время не пережечь кромки.
2. Струя сжатого газа из сопла бьет в поверхность металла параллельно лучу. Расплавленный металл из зоны нагрева выдувается вниз, а незатронутый лучом металл кромок остается на месте, как ни в чем не бывало. При этом струя газа дает процессу и дополнительную пользу:
   1. Движение газа охлаждает металл кромок — это важно, чтобы не находящийся в зоне реза металл не перегревался и не получал тепловых деформаций. А отсутствие деформаций — это одно из основных преимуществ лазерной резки в принципе.
   2. Газовая струя защищает от расплава сам лазер — линзы оптической системы при использовании газовых и кристальных лазеров или выход волокна при использовании волоконных. Согласитесь, было бы совсем не комильфо, если бы дорогостоящая оптика выходила из строя из‑за случайного попадания первых же брызг расплавленного металла. А так мы точно знаем, что брызги если и полетят — то полетят вниз, где ничего ценного и так нет.
   3. Если в качестве газа используется не атмосферный воздух, а чистый азот или аргон, то его струя защищает раскаленные кромки реза от ненужных химических реакций. Сжатый газ закономерно вытесняет из зоны реза атмосферный воздух вместе со всем, что в нем намешано. При резке нержавейки и алюминия важно избавиться от присутствия кислорода — иначе на кромках образуются никуда не годные оксиды. Для этого используется азот. А при резке титана нужно избавиться и от кислорода, и от азота — потому что титан образует еще и нитриды, такие же негодные. Для этого используется аргон.

   Почему это эталон?

   Режиме плавления — эталонный режим лазерной резки металла. Достаточно быстрый, достаточно точный, достаточно аккуратный и достаточно экономичный, чтобы стать одной из доминирующих технологий в металлообработке. Собственно говоря, он уже стал.

   Особенности двух других режимов, их сильные и слабые стороны — оцениваются от этой отправной точки.

   
   

   А вот пример корпуса производства «Металл‑Кейс»:

   Лазерная резка в режиме испарения

   Освежаем в памяти школьный курс физики, смотрим с проницательным прищуром на предыдущую технологию и думаем: «а что будет, если теперь вкачать в этот процесс еще больше энергии?». Именно — металл не просто расплавится, а испарится.

   Это возможно. Эта технология реально используется. Лазерный луч в этом режиме работает не непрерывным потоком, а отдельными импульсами — их длина рассчитана так, чтобы испарить четко заданный участок металла и не задеть ничего кроме, не достать до материала подложки. А струя воздуха привычно удаляет испаренный металл из зоны реза.

   Зачем это нужно?

   Режим испарения материала под воздействием лазера нужен редко. В основном он используется для тонких задач в электронике. Или для задач, когда требуется сохранить неповрежденным материал подложки. Обычно в металлообработке, как вы понимаете, в этом просто нет смысла — нет материала подложки, под листом металла технологические окна станины и пол цеха. Не произойдет ничего страшного, если туда будет капать расплавленный металл.

   Но в тонкой электронике это может быть критично — и в таком случае принципиально использование именно режима испарения.

   
   

   Вот что мы предлагаем:

   Почему это можно использовать не везде?

   Страдает коэффициент полезного действия. Для испарительной резки металл нужно нагревать намного сильнее. Например, температура плавления чистого алюминия — 660 градусов Цельсия. А вот температура его кипения — уже 2 519 градусов.

   То есть чтобы испарить его, нужно единомоментно вложить в металл энергию в 3,8 раза больше. То есть, даже если рассчитывать по такой простой и грубой формуле, то получится, что 1 метр реза испарением будет стоить столько же, сколько почти 4 метра плавлением.

   Формула эта — очень простая и грубая, здесь не учтено распределение тепла, потери энергии, усиленная амортизация расходных материалов оборудования. Кроме того, у разных металлов — разный разброс температур плавления и кипения. Но принцип вы поняли — лазерная резка в режиме испарения возможна, но не стоит применять ее в случаях, когда ее можно не применять. Потому что получается дорого.

   Лазерная резка в режиме горения

   Горение — быстрый окислительный процесс с участием высоких температур и кислорода. Мы привыкли, что горит органика — бумага, дрова — и нам странно думать о том, что металл тоже может гореть. Но он может. Просто для этого нужно, во‑первых, дать ему достаточно кислорода, а во‑вторых, разогреть его до достаточной температуры, чтобы реакция началась.

   А дальше происходит удивительное — при лазерной резке с использованием кислорода большую часть тепловой энергии, режущей металл, поставляет не лазерный луч, а окислительная реакция металла, идущая в нем. Горение дает в 3–5 раз больше тепловой энергии, чем непосредственно лазерный луч. Естественно, это позволяет работать быстрее и экономичнее.

   
   

   Что это дает?

   Есть две технологии лазерной резки, использующие режим горения:

   • Лазерная резка в кислороде — лазерный луч, как обычно, плавит металл. Но вместо атмосферного воздуха или нейтральных газов а зону реза подается чистый кислород. С его участием расплав начинает гореть, окисляться, выдавая еще больше тепла. Чем больше тепла он выдает — тем легче и экономичнее идет плавление соседних участков металла.
   • Кислородная резка с лазерной поддержкой (LASOX) — здесь по‑другому смещен «баланс участия» между кислородом и лазером. Лазер вообще не плавит металл сам по себе — он просто нагревает металл достаточно, чтобы горение началось. Кислорода требуется больше, он должен подаваться с большей силой. Рез не будет таким точным, как при использовании чисто лазерной резки — однако так можно прорезать более толстый металл для использования, например, в кораблестроении.

   А ведь это отлично, правда? Но и режим горения тоже не стал новым эталоном — он вспомогательный, используется для некоторых задач и не используется для остальных. Почему?

   При горении кромки металла обгорают. Чтобы они приобрели нормальный вид и рабочие качества, их придется дополнительно обрабатывать после. Затраты на дополнительную обработку могут перекрыть выгоду, полученную от удешевления самой резки — и в результате резка в режиме горения создаст проблем больше, чем даст выгод. По факту, использование резки с участием кислорода зависит от материала.

   Черная сталь отлично режется в кислороде — нагар либо не образуется, то есть по факту удаляется самим лучом, либо легко снимается. А вот нержавейка и сплавы алюминия такого обращения не прощают. Для качественной резки этих металлов лучше не просто не подавать кислород, а вообще отсечь его доступ в зону резки — например, использовав в качестве рабочего газа азот.

   
   

   Посмотрите видео из нашего цеха:

   Резюме

   Итак, есть 4 основных режима лазерной резки:

   • Плавление — основной режим, который решает большую часть задач по резке.
   • Горение — режим, который быстрее и дешевле режет черный металл, но не используется для высоколегированных сталей и цветных металлов.
   • Испарение — специальный режим, который позволяет резать без воздействия на материал подложки, но имеет низкий КПД.
   • Термораскалывание — специальный режим, который используют для стекла.

   Есть задача по лазерной резке? Давайте обсудим ее предметно.

   Лазерная резка нержавеющей стали — возможности и преимущества Лазерная резка нержавеющей стали — один из самых прогрессивных методов обработки этого металла. У лазерной резки есть свои неоспоримые преимущества, за которые многие производственники.

   Шелкография на металле в СПб — что можно нанести на металлические детали? Метод шелкографии на металле позволяет получать надписи и изображения на металлических корпусах и деталях. Элементы получаются стойкими и красивыми — не приходится.

   Лазерная резка алюминия — как это делается? Любой листовой металл можно нарезать для дальнейшей работы разными способами. Нельзя сказать, что какой‑то из них «всегда лучший» или «всегда худший». У них.

   Сварка оцинковки в СПб — как делается и где заказать? В «Металл‑Кейс» мы производим на заказ детали и корпуса из различных видов листового металла — от обычной черной стали до.

   Компания

   Услуги

   Продукция

   Срок действия коммерческих предложений, представляющихся по расчётам на основе ТЗ заказчиков — 3 дня с момента выставления (отправки на электронную почту заказчика), если в КП не указано иное. Срок действия счета, выставленного заказчику — 3 дня с момента выставления (отправки скана на электронную почту заказчика), если в счёте не указано иное.

   Технология лазерной резки. Свет режет металл — как это вообще возможно?

   Мы не удивляемся, когда Оби‑Ван Кеноби из «Звездных войн» прорезает толстую стальную дверь лазерным мечом. Ну прорезает и прорезает — это ведь фантастика, там всякое бывает. Но вот когда выясняется, что корпуса самых обычных приборов, окружающих нас дома и на работе, вырезаны таким же лазером, хоть и менее пафосным — вот тут‑то многие и ловят столбняк.

   Но это не «технология из будущего», не мечты фантастов и не прогнозы футурологов. Эта технология работает по факту уже около пятидесяти лет. То есть она старше многих людей, которые до сих пор считают ее фантастикой.

   Однако человек — существо любопытное. Нам мало знать, что лазерная резка в принципе реальна — нам интересно понять, как это происходит.

   • Как луч света, пусть и мощный, разрезает металл?
   • И даже если это в принципе возможно — почему бы не порадоваться этому и не взяться за более привычные инструменты? Ведь резать лазером наверняка дорого и сложно?

   Здесь мы ответим на эти вопросы.

   Как лазер режет металл?

   Сначала по поводу того, как луч неосязаемого света может разрезать прочный металл.

   Свет несет тепло

   Представьте. Вы лежите на пляже, с закрытыми глазами, волны‑чайки‑всё такое, но волны‑чайки нас сейчас не интересуют, а интересует нас солнышко. Греет? Поверхность кожи прямо нагрета. А в тени была бы прохладной. Кожу нагревает именно свет.

   Дальше — дело техники. Свет лазерного луча так же нагревает металл. Так же, но намного сильнее, потому что лазерный луч сконцентрирован на нагреваемой поверхности, а излучатель расположен совсем рядом с ней.

   
   

   Тепло плавит металл

   Что происходит дальше? Температура металла в точке, на которую направлен луч, подскакивает выше 1000 градусов Цельсия. Конкретная температура зависит от вида металла — у них ведь разная температура плавления, и это учтено в расчетах. В соответствии с ней выбирается мощность луча и скорость его движения по листу. Всё рассчитано так, чтобы уверенно плавить металл, но не обугливать кромки и не тратить энергию впустую, светя в уже расплавленное место лишние миллисекунды.

   И вот на поверхности листа образовалась маленькая ванночка из расплавленного металла. При этом, что ценно, остальная часть листа просто не успела толком на это среагировать. Металл отлично проводит тепло, да — но здесь подсвеченная область плавится так быстро, что окружающий металл не успевает расплавиться или хотя бы просто деформироваться.

   Струя газа выдувает расплав

   Маленький нюанс: лазер — не единственная сила, которая участвует в лазерной резке. Вторая сила тандема — струя газа. Струя газа под давлением направляется в ту же точку, что и луч. И выдувает расплавленный металл из получившегося отверстия вниз.

   Вдобавок… Вернитесь мысленно на пляж с греющим солнышком и представьте легкий порыв ветра, налетевший с моря и охладивший кожу. Так вот — вдобавок поток воздуха охлаждает грани отверстий. А это нам на руку, потому что окружающий металл не должен перегреться и деформироваться.

   И это, кстати, всё еще не всё. Параллельно с этим разные газы при лазерной резке делают разные виды чудес, которые делают резку более мощной и быстрой — или наоборот, более аккуратной. Это очень интересная тема, но мы о ней уже писали. Не будем повторяться — а если вы не читали, то вот, полюбопытствуйте: «Газ для лазерной резки металла».

   
   

   Луч идет дальше, превращая точечное отверстие в контур любой формы

   Вот и всё, собственно. Отверстие в металле готово. А луч движется дальше со скоростью, доходящей в некоторых случаях до нескольких метров в минуту, по заданным в программе резки координатам. Когда надо — гаснет и загорается снова в нужный момент, обводя внутри заготовки технологические окна.

   И за ним остается четкий разрез, задуманный вашим конструктором — или нашим конструктором, выполняющим ваши требования, если у вас, к примеру, нет своего конструкторского отдела.

   Вот так лазер режет металл. Окей, но теперь у вас есть второй вопрос — даже если всё это возможно, разве не будет проще использовать для раскроя металла более старые способы типа механической резки, рубки, координатной пробивки? Разве не будет всё это дешевле лазера?

   
   

   Зачем использовать лазер, если есть более традиционные методы раскроя металла?

   1. Это не так дорого, как может показаться человеку, которого впечатлило изящество этой технологии. Производственные компании, которым нужны детали для их оборудования, абсолютно спокойно оплачивают лазерную резку и ничуть не беднеют на этом.
   2. Но да — если вам требуется стандартный одноюнитовый корпус в 19-дюймовую стойку с набором стандартных технологических окон и вам в принципе безразлично качество его выполнения — то стандартное изделие, выполненное на координатно‑пробивном станке, будет дешевле. Там, где лазер вычерчивает контур, координатник, заряженный пуансоном нужной формы, делает одно движение — ррраз! — и отверстие готово. Края этого отверстия, конечно, будут… ну, так себе. Но мы ведь условились с самого начала, что вас не интересует качество.
   3. Совсем другая история начинается, когда в корпусе появляются нестандартные отверстия. Нужные для конкретно того уникального оборудования, которое разработала ваша компания. Или вообще сам корпус имеет нестандартные размеры. Если вы точно знаете, что будете производить по тысяче таких корпусов в месяц и они будут расходиться как горячие пирожки без всяких дополнений и изменений — окей, вы изготавливаете специальные формы рубки‑штамповки под ваше уникальное изделие. И поехали — ррраз, ррраз, ррраз — станок штампует ваши детали. По удару на деталь, максимум по два. Дорого запускать в производство такой штамп, но если производство массовое — это окупится.
   4. Такое возможно, такое делается. Но бывает и иначе. Например, когда заказчик точно знает, что его приборов нужно десять штук в месяц, не больше. Ниша узкая. И что, запускать ради этого производство штампа? Да прибор будет стоить, будто он из золота.
   5. Или так — ниша вполне себе широкая, но пока непонятно, «выстрелит» ли изделие в нынешнем виде. Возможно, что‑то придется менять, допиливать. А штамп это штамп, его не допилишь, только переделывать.
   6. Или так — и ниша широкая, и изделие проверенное. Но работа тонкая — отверстия не пробиваются, как надо. Приходится допиливать вручную, тратить время живых специалистов. Надо прорезать, чтобы всё было аккуратно сразу.

   И вот во всех трех этих случаях лазерная резка оказывается технологией первого выбора. И логика заказчиков в этих условиях звучит не как «лазер дорогой, но приходится использовать его», а как «лазер — самый дешевый вариант из реально имеющихся в наличии». Хотя если не рассматривать эту картину серьезно, а просто посмотреть на цены резки и рубки — да, лазер вроде как дороже.

   
   

   Поговорим предметно?

   Но это всё, в сущности, общие слова. «Дороже», «дешевле». Для разных заказов в разных сферах эти слова значат очень разные вещи. В общих принципах мы разобрались — давайте теперь поговорим конкретно. Вас, вероятно, интересует резка какого‑то заказа. Раз вы изучаете информацию о лазерной резке.

   Так давайте мы рассчитаем для вас его стоимость и сроки. Чтобы вы могли сравнивать с другими или прикидывать свои планы. С конкретными цифрами это будет серьезное планирование. А расчет вас ни к чему не обязывает. Отправьте нам свой контактный телефон, чтобы наш специалист перезвонил, выслушал и рассчитал всё необходимое.

   Условия лазерной резки металла: какой вред наносит технология окружающим?

   
   

   Металлообработка никогда не бывает полностью безопасной. Для придания металлу нужной формы используется либо большая сила, либо высокая температура. И если случится так, что разрушительная мощь любого из этих факторов придется не на неподатливый металл, а на незащищенное человеческое тело — последствия будут тяжелыми.

   Но разные технологии металлообработки имеют разные факторы риска — и, соответственно, разную степень опасности. Разберемся в факторах риска и сравним опасность различных методов.

   Опасные факторы при металлообработке

   Механические повреждения

   Еще в кузницах древнего мира была опасность получить молотом по пальцу. Да‑да, палец редко переживал такое обращение. Но сила удара молотом — это всего лишь мышечная сила кузнеца (пусть кузнец и силен), гравитация и масса молота. Не так много по сравнению с мощью, которую дала человеку промышленная революция.

   В современной металлобработке механические повреждения можно получить от:

   • движущихся частей оборудования — например, удар пробивного станка или наматывание на фрезу;
   • потока частиц обработанного металла или абразива — например, режущая стружка металла.

   
   

   Температура

   Расплавленному металлу легко придать нужную форму. Но металл плавится при огромных температурах. Часто — выше 1000 градусов Цельсия. При этом при обработке расплавленный металл может не лежать спокойно, где положили, а разлетаться брызгами, которые часто непредсказуемы. Так бывает при плазменной резке.

   Вредные вещества

   Где высокая температура — там бешеные химические реакции. И, при обработке многих металлов — ядовитые испарения.

   Электричество

   Здесь есть два вида риска.

   • Стандартный электротехнический риск, связанный с нарушением изоляции проводов. Мощные станки для металлообработки потребляют много электричества — и человеку не стоит оказываться на пути этого электричества. Однако при нормальной работе проводки этот риск ничтожен, а при нарушении изоляции в дело обычно вступают устройства защитного отключения.
   • Увеличенный риск, связанный с подачей электричества на обрабатываемые детали — например, при резке плазменной дугой. К детали при этом вполне можно случайно прикоснуться и схватить заряд.

   Шум от работающих станков лишает человека не только слуха, но и зрения. Смерть наступает не от этого, а от проблем с сердечно‑сосудистой системой, также вызванных уровнем шума. Шуметь будет любой станок металлообработки, но по‑настоящему опасный уровень шума, требующий защиты окружающих, выдают только некоторые виды обработки.

   
   

   На некоторые виды металлообработки нельзя смотреть — световое излучение портит глаза.

   Сравним условия лазерной резки с другими технологиями металлообработки

   Лазерная резка — один из самых безопасных методов металлообработки.

   • При ее использовании работнику не угрожают механические повреждения ни от рубящих частей станка, ни от металлической стружки, ни от потока абразивов. Всего этого просто нет.
   • Раскаленный металл присутствует. Но струя сжатого газа выдувает расплав из зоны резки — четко в одном направлении, на людей он попасть не может.
   • Вредные вещества могут появляться. Их также выдувает из зоны резки и всасывает в мощную промышленную вытяжку.
   • Электричество на деталь не подается.
   • Станок при работе шумит, но это не тот шум, который причиняет ущерб здоровью, он не требует особенных мер защиты.
   • Вот свет — это да. Но его опасность зависит от вида лазера. Самым рискованным считается твердотельный. Непосредственно на луч твердотельного лазера не рекомендуется смотреть даже через специальные светофильтры. Поэтому на него и не смотрят — работа станка идет без участия людей.

   А теперь для ясности сравним лазерную технологию с остальными.

   
   

   Фрезеровка

   Острая стружка металла рассекает всё. Движущиеся части станка затягивают и калечат. Температура — стружка не расплавлена, но раскалена достаточно, чтобы вызвать тяжелые ожоги.

   Рубка и координатная пробивка

   Главная опасность — движущиеся части пробивных и гильотинных станков. Если они рубят металл, что же они могут сделать с телом…

   Гидроабразивная резка

   Давление воды с абразивными частицами в таких станках — до 5 000 атмосфер. При этом после контакта с металлом вода не останавливается сразу, а продолжает движение.

   Плазменная резка

   
   

   Какая разница заказчику, насколько опасно производство у подрядчика?

   Понятно, зачем знать об этих опасностях мастерам в цехах, прорабам и руководителям этих предприятий. Но статьи этого сайта — для заказчиков и возможных заказчиков металлообработки. Зачем заказчикам вдаваться в эти подробности?

   С одной стороны, это в принципе необязательно. Производство не станет безопаснее от того, что заказчик понимает возможные риски. С другой стороны, это позволяет лучше понять логику ценообразования.

   Потому что все защитные средства и все производственные риски в конечном итоге вписывается в ту цену, которую платит заказчик за произведенные детали. Чем меньше проблем подкидывает технология производства — тем меньше наценок приходится закладывать в стоимость. Поэтому с более безопасными технологиями вы платите в основном за реально сделанную работу, а с менее безопасными — еще и за риски работников и поставщика.

   Лазер для резки металла

   
   

   Как известно, лазер для резки металла применяется так же часто, как и механические методы, но при этом он обеспечивает лучшее качество и точность реза, что и определяет популярность этого способа раскроя. Часто можно услышать, что данная технология уже вытеснила остальные и не имеет недостатков, но это не так.

   Использование лазера хоть и востребовано, но имеет определенные ограничения. В нашей статье мы расскажем, какой используется лазер для раскроя металла, разберемся в плюсах и минусах данного метода и приведем требования к нему.

   Суть лазерной резки металла

   В процессе лазерной резки используется луч, генерируемый специальной установкой. Он характеризуется особыми свойствами, а именно: способностью фокусироваться на малой площади и обеспечивать энергию высокой плотности. Благодаря этому лазер вызывает активное разрушение любого материала плавлением, горением или испарением.

   Если говорить точнее, то лазер для резки металла способен концентрировать на заготовке энергию плотностью в 108 Ватт на 1 см2. Подобный эффект обеспечивают следующие свойства луча:

   • Монохроматичность, то есть постоянная длина и частота волны, что несвойственно, например, световым волнам. Поэтому лазерным лучом без труда можно управлять обычными оптическими линзами.
   • Высокая направленность и малый угол расходимости, что требуется для высокой фокусировки.
   • Когерентность, то есть полная согласованность большого количества волновых процессов, протекающих в луче. Кроме того, они вступают в резонанс между собой, из-за чего достигается многократное повышение общей мощности излучения.

   VT-metall предлагает услуги:

   Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

   Под действием луча лазера для резки обрабатываемая область металла быстро нагревается и плавится. Зона плавления быстро распространяется вглубь материала, что объясняется сразу рядом факторов, например, теплопроводностью металла. Далее материал в месте контакта нагревается до температуры кипения, начинается его испарение.

   Виды лазера для резки металла

   Станок для резки металла лазером включает в себя такие основные части:

   • рабочую среду, которая обеспечивает необходимое излучение;
   • источник энергии или систему накачки, создающую условия для появления электромагнитного излучения;
   • оптический резонатор, то есть систему зеркал, призванных усилить излучение.

   С точки зрения рабочей среды выделяют:

   Твердотельные лазеры

   Главным узлом устройства является осветительная камера, в которой расположен источник энергии и твердое рабочее тело. В роли первого выступает мощная газоразрядная лампа-вспышка, а рабочее тело представляет собой стержень из неодимового стекла. Или в качестве материала стержня может применяться рубин, алюмо-иттриевый гранат, который был предварительно легирован неодимом, иттербием.

   
   

   С торцов стержня находится пара зеркал, одно из которых является отражающим, а второе – полупрозрачным. Рабочее тело испускает луч, он многократно отражается внутри него, усиливаясь, и выходит сквозь полупрозрачное зеркало.

   Также к твердотельным относятся волоконные лазеры для резки металла и прочих материалов. Их отличие от первого типа состоит в том, что они усиливают излучение при помощи стекловолокна, а за поступление энергии отвечает полупроводниковый лазер.

   Проще всего понять, как работают подобные системы, на примере установки с гранатовым стержнем, в который в качестве легирующего компонента добавлен неодим. Ионы последнего выполняют функцию активных центров, поглощающих излучение газоразрядной лампы.

   Они возбуждаются, то есть получают избыточную энергию, но потом приходят в исходное состояние, отдавая энергию как фотон или электромагнитное излучение, свет. Фотон оказывает влияние на другие возбужденные ионы, заставляя их также вернуться в первичное состояние, а реакция постепенно усиливается.

   Под действием зеркал луч движется в определенном направлении. Фотоны вынуждены постоянно возвращаться в рабочее тело, что вызывает появление новых фотонов и увеличение излучения. В итоге достигается малая расходимость луча в сочетании с высокой концентрацией энергии.

   Газовые лазеры

   Здесь в качестве рабочего тела выступает углекислый газ в чистом виде либо в сочетании с азотом и гелием. Насос прокачивает газ через газоразрядную трубку, где тот возбуждается электрическими разрядами. Усилить излучение позволяют отражающее и полупрозрачное зеркала.

   
   

   Есть разные конструкции газовых лазеров для резки металла: с продольной и поперечной прокачкой и щелевые.

   Газодинамические лазеры

   Газ со скоростью, превосходящей звуковую, проходит по суженному посередине каналу – его принято называть соплом Лаваля. Так газ резко расширяется и охлаждается, а его атомы приходят в обычное состояние, что сопровождается появлением излучения.

   Преимущества и недостатки лазерной резки металла

   Резка листового металла и иных материалов лазером позволяет:

   • Раскраивать металлы различной толщины. Для меди этот показатель составляет 0,2–15 мм, для алюминия – 0,2–20 мм, для сталей – 0,2–20 мм, а для нержавеющей стали находится в пределах 50 мм.
   • Обрабатывать хрупкие и легко поддающиеся деформации детали, что объясняется отсутствием контакта между инструментом и заготовкой.
   • Производить изделия любой конфигурации, особенно с использованием ЧПУ для резки металла лазером. В этом случае мастеру нужно только загрузить в программу чертеж, после чего оборудование выполнит работу достаточно точно и без посторонней помощи.
   • Проводить раскрой с высокой скоростью – если нужно изготовить небольшую партию, данный подход дает возможность отказаться от штамповки, литья.
   • Снизить себестоимость готовых деталей, что позитивно отражается на конечной цене изделий. Эта особенность связана с минимальным количеством отходов и возможностью отказаться от дополнительной обработки кромок за счет получение аккуратного реза.
   • Справляться со сложными задачами, так как резка лазером считается практически универсальной операцией.

   Однако не стоит забывать о минусах данного метода. Одним из его основных недостатков являются значительные энергозатраты, из-за которых данный способ обработки является наиболее дорогостоящим.

   Тем не менее, сопоставление лазерной резки и штамповки показывает, что первый подход является более экономичным, так как для второго нужно дополнительно изготовить оснастку.

   Еще один недостаток использования лазера для резки металла кроется в небольшой толщине заготовок, которые могут обрабатываться этим методом – предельный показатель составляет 20 мм.

   Нюансы резки лазером различных металлов

   Как уже говорилось выше, лазерная резка имеет ограничения по толщине реза. И чем больше толщина листа, тем большие временные затраты требуются на его обработку. При этом ухудшается качество, ровность раскроя.

   
   

   Применение лазера для резки предполагает такие особенности для разных металлов:

   • Сталь 3 не деформируется, даже когда речь идет о тонких листах, ведь в процессе обработки отсутствует контакт с режущим инструментом, используется сфокусированный луч.
   • Нержавеющая сталь является очень твердым металлом, поэтому посредством лазера удается значительно сократить временные затраты на раскрой в сравнении с механическим способом.
   • Алюминий относится к достаточно мягким металлам, однако при его механической обработке невозможно обеспечить острую кромку – проблема решается при помощи лазерного метода.
   • Медь входит в число дорогих материалов, поэтому основным преимуществом использования лазера является возможность сократить ее расход. Данный металл имеет сильные светоотражающие свойства, из-за чего приходится ограничивать толщину листа. В противном случае может быть испорчена режущая головка и есть риск проявления конусности. Специалисты рекомендуют раскраивать медные листы толщиной от 3 мм при помощи плазменной резки, ведь так обеспечивается оптимальная эффективность и качество.
   • Латунь имеет свойства, практически полностью совпадающие с характеристиками меди, поэтому может обрабатываться лазером для резки металла при толщине листа до 3 мм. Луч быстро и без искажений раскраивает тонкие листы латуни, заготовки не деформируются, рез не имеет конусности, окалин.
   • Черная/оцинкованная сталь разрезается лазером, если имеет толщину в пределах 20 мм. При превышении данного показателя значительно снижается энергоэффективность и качество работы.
   • Нержавейка достаточно твердая, поэтому лазер выбирают для раскроя листов толщиной до 10 мм. Большая толщина негативно отражается на качестве края деталей.
   • Алюминий режут лазером при толщине до 8 мм. Здесь также происходит снижение энергоэффективности при превышении указанной цифры, поскольку речь идет о тугоплавком металле.
   • Медь и латунь обрабатывают этим методом, если толщина листа составляет до 3 мм. На скорости и качестве обработки отрицательно сказываются высокие светоотражающие свойства данных материалов.

   Обычно лазер используют для резки листов металла небольшой толщины, а также в случаях, когда необходимо сформировать геометрически правильные отверстия для точных соединений.

   С обработкой листов толщиной свыше 3 мм отлично справляется плазменный станок, не теряя при этом скорости работы. По качеству реза он лишь немного уступает лазеру, но заготовки требуют дополнительной обработки. Под последней понимают, например, удаление окалины с кромки.

   Современные станки для лазерной резки

   Сегодня на рынке представлен большой выбор техники, осуществляющей раскрой лазером. Многокоординатное оборудование вытесняет шумные механические резаки с низким уровнем производительности.

   
   

   Мощность конкретного лазера для резки металлов подбирается в соответствии с особенностями производства и экономическими требованиями.

   Современные прецизионные станки с ЧПУ обладают точностью раскроя различных материалов до 0,005 мм и могут обрабатывать площадь до нескольких квадратных метров. Также подобное оборудование предполагает высокую автоматизацию производства, а значит, минимальное участие человека во всех процессах.

   Для этого в программе задают необходимую геометрию детали. Далее системы настройки фокуса сами устанавливают расстояние, способное обеспечить самый эффективный раскрой.

   Рекомендуем статьи

   Теплообменники отвечают за регулировку температуры лазерной установки, а оператор получает только контрольные данные по актуальному состоянию всего устройства.

   Лазерный станок имеет клапаны, при помощи которых подсоединяется газобаллонное оборудование для подачи вспомогательных газов к месту раскроя. Предусмотренная система дымоулавливания включает вытяжную вентиляцию лишь на время резки, сокращая таким образом затраты на работу этого компонента системы.

   Зона раскроя защищена кожухом, что обеспечивает необходимый уровень безопасности персонала.

   Вся работа мастера с лазером для резки металла состоит во введении необходимых характеристик, после чего ему остается только забрать готовое изделие. Производительность оборудования определяется параметрами станка, уровнем подготовки оператора, отвечающего за программный код.

   Методика лазерной резки металлов может применяться на полностью роботизированных производствах, где персоналу не требуется заниматься тяжелым трудом.

   Сегодня существуют как универсальные, так и специализированные лазерные станки. Первые имеют значительно более высокую цену, зато с их помощью удается проводить целый ряд операций, создавать детали сложной формы. Потребитель сам может выбирать модель, исходя из своих потребностей, ведь на рынке представлен богатый выбор предложений.

   Подготовка макета для лазерной резки

   Производство деталей с помощью лазера для резки металла предполагает выполнение таких этапов:

   1. Оформление идеи.
   2. Подготовка художественного эскиза.
   3. Формирование технического макета модели.
   4. Изготовление тестовой детали.
   5. Проверка параметров, доработка, если она требуется.
   6. Запуск производства.

   Создание технического макета требует особого внимания, поскольку точность выполнения работы на данном этапе определяет качество итогового изделия. Любые чертежи для дальнейших операций с применением лазера выполняются в «AutoCAD» или «CorelDraw», поскольку станки работают с форматами именно этих программ.

   К макетам предъявляются такие требования:

   • масштаб чертежа 1:1;
   • замкнутые контуры, будь то внешние или внутренние;
   • CIRCLE, LINE, ARC используются в качестве команд для создания контуров;
   • команды ELLIPSE, SPLINE не учитываются;
   • наложение линий приводит к тому, что луч повторно проходит по одной траектории;
   • в чертеже обязательно фиксируется число деталей и используемый материал;
   • вся информация о чертеже содержится в одном файле.

   Лазерная резка стали и цветных металлов сегодня очень популярна. Заказчики небольших партий изделий обращаются в профильные предприятия, ценя их способность быстро выдавать чистовые детали нестандартной формы.

   Лазерные технологии нашли применение в декоративном творчестве, применяются для создания дизайнерских украшений, сувениров.

   При выборе лазера в качестве инструмента для резки металла важно учитывать окупаемость оборудования, затраты на эксплуатацию. На данный момент подобные системы доступны преимущественно крупным предприятиям, имеющим большой производственный цикл.

   Однако развитие технологий неизбежно приведет к снижению цены на станки и сокращению расхода электроэнергии. А значит, в будущем лазеры займут место прочих инструментов для раскроя разнообразных материалов.

   Почему следует обращаться именно к нам

   Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

   Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

   • цветные металлы;
   • чугун;
   • нержавеющую сталь.

   При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

   Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

   Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

   Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

   Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

   Принцип лазерной резки

   Основное назначение лазерной резки – раскрой листовых материалов, преимущественно металлов. Ее главное достоинство заключается в возможности изготовления деталей, имеющих сложные контуры. В этой статье мы расскажем о том, каков основной принцип лазерной резки .

   Основной принцип лазерной резки

   Лазерный луч (так называемый лазер) – это когерентное монохроматическое вынужденное излучение узкой направленности, инициатором которого в активной среде выступает внешний энергетический фактор (электрический, оптический, химический и т. д.). В основе этого физического явления лежит способность веществ излучать волны определенной длины.

   Фотонное излучение происходит в момент столкновения атома с другим когерентным (идентичным) фотоном, который не поглощается в процессе. Фотоны, которые при этом становятся «лишними», и образуют лазерный луч.

   
   

   Принцип лазерной резки заключается в том, что излучение оказывает тепловое воздействие на обрабатываемые материалы. В процессе обработки происходит нагревание металла до температуры плавления, а затем до температуры кипения, достигнув которой материал начинает испаряться. В связи с высокой энергозатратностью, такая обработка подходит для металлов небольшой толщины.

   Работа с относительно толстыми листами выполняется при температуре плавления. Для облегчения процесса применяют подаваемый в зону обработки газ. Чаще всего пользуются азотом, гелием, аргоном, кислородом или воздухом. Задача газа заключается в удалении из области резки расплавленного материала и продуктов сгорания, поддержании горения металла и охлаждении прилегающих зон. Самым эффективным газом, используемым в процессе обработки, является кислород, позволяющий повысить скорость и глубину реза.

   Благодаря высокой концентрации энергии лазерный луч проникает в материал обрабатываемой детали. За счет его воздействия в зоне резки происходит расплавление, испарение, воспламенение или другие процессы, меняющие структуру металла и вызывающие его исчезновение.

   Лазерная резка схожа с обычной механической, но вместо режущего инструмента используется луч лазера, а также нет отходов, которые при механической обработке представляют собой металлическую стружку, а при работе с лазером они просто испаряются.

   Срез металла при лазерной обработке очень тонкий, к тому же сама область реза очень мала (включая минимальную деформацию и температурную нагрузку на прилегающие зоны). Благодаря этим особенностям резка лазером является наиболее высококачественным способом обработки металлов. К тому же принцип лазерной резки позволяет использовать ее в работе практически с любыми материалами, независимо от конструкционных особенностей, формы и размера (включая бумагу, резину, полиэтилен и др., которые в силу мягкости или малой толщины не могут быть обработаны фрезой).

   Прежде чем перейти к описанию принципа лазерной резки, поговорим об установках для работы с лазером, состоящих из трех основных частей:

   • Рабочей (активной) среды, создающей лазерное излучение.
   • Источника энергии (системы накачки), благодаря которому возникает электромагнитное излучение.
   • Оптического резонатора, представляющего собой систему зеркал, которые усиливают излучение.

   Возникновение лазерного луча можно описать следующим образом – за счет источника энергии активная среда (к примеру, рубиновый кристалл) из внешней среды получает фотоны, имеющие определенной энергию. Проникая в активную среду, фотоны вырывают из ее атомов аналогичные частицы, однако сами в процессе не поглощаются.

   Активная среда дополнительно насыщается за счет действия оптического резонатора (например, двух параллельно расположенных зеркал), благодаря чему имеющие одинаковую энергию фотоны многократно сталкиваются с атомами, тем самым порождая новые фотоны. Одно из зеркал оптического резонатора делают полупрозрачным, позволяющим пропускать фотоны в направлении оптической оси (в виде узконаправленного луча).

   
   

   Лазерная резка металлов обладает следующими преимуществами:

   • Поскольку режущий элемент не вступает в механический контакт с разрезаемой поверхностью, возможно обрабатывать легкодеформируемые или хрупкие материалы.
   • Принцип лазерной резки позволяет работать с металлами, имеющими различную толщину. У стальных заготовок она может варьироваться от 0,2 до 30 мм, у алюминиевых сплавов – от 0,2 до 20 мм, у медных и латунных деталей – от 0,2 до 15 мм.
   • Лазерная резка отличается высокой скоростью.
   • Этот способ позволяет работать с заготовками, имеющими любую конфигурацию.
   • Благодаря лазерной резке детали имеют чистые кромки, а отходы практически отсутствуют.
   • Резка отличается высокой точностью – до 0,1 мм.
   • Плотная раскладка заготовок на листе обеспечивает более экономичный расход листового металла.

   Этот способ обработки имеет и определенные недостатки, в первую очередь речь идет о высоком потреблении энергии, а также об использовании дорогостоящего оборудования.

   Какие лазеры используют для резки

   Линейка лазерных установок достаточно велика. В основе классификации обычно лежит вид активной среды (лазеры могут быть твердотельными, газовыми, полупроводниковыми), тип подачи энергии (импульсные установки или имеющие постоянную мощность), размеры оборудования, мощность излучения, назначение и т. п.

   
   

   Выбирая подходящий вид лазерной резки следует исходить из типа материала, который необходимо обработать. При помощи углекислотных лазеров можно выполнять многочисленные операции (резку, гравировку, сварку) с различными материалами (металлами, резиной, пластиком, стеклом).

   При необходимости раскроя листов латуни, меди, серебра, алюминия лучшим выбором станет твердотельная волоконная установка. С ее помощью обрабатывают только металлы.

   В зависимости от типа рабочей среды существует следующая классификация лазеров:

   Основной элемент твердотельных лазерных установок – осветительная камера, в которой расположены источник энергии и твердое рабочее тело. В качестве источника энергии выступает мощная газоразрядная лампа-вспышка. Рабочее тело представляет собой стержень, выполненный из неодимового стекла, рубина или алюмоиттриевого граната, легированный неодимом или иттербием.

   С обоих торцов стержня размещены зеркала, одно из которых является отражающим, второе – полупрозрачным. Рабочее тело создает лазерный луч, который, многократно отражаясь и при этом усиливаясь, проходит сквозь полупрозрачное зеркало.

   Рекомендуем статьи по металлообработке

   Волоконные установки также входят в число твердотельных. В качестве источника энергии в таком оборудовании выступает полупроводник, а для усиления излучения используется стекловолокно.

   Чтобы понять принцип лазерной резки и работы установки в целом, обратимся к оборудованию, в котором рабочая среда представлена гранатовым стержнем, в качестве легирующего материала выступает неодим. Ионы неодима играют роль активных центров. За счет поглощения излучения газоразрядной лампы они возбуждаются, то есть получают излишнюю энергию.

   При возвращении ионов в первоначальное состояние происходит отдача ими фотонной энергии, т. е. электромагнитного излучения (света). За счет фотонов в обычное состояние переходят и другие возбужденные ионы. Этот процесс носит лавинообразный характер. Благодаря зеркалам лазерный луч движется в заданном направлении. Отражаясь, фотоны много раз возвращаются в рабочее тело и вызывают образование новых фотонов, усиливая тем самым излучение. Отличительными чертами луча являются его узкая направленность и значительная концентрация энергии.

   В качестве рабочего тела таких установок выступает углекислый газ в чистом виде либо в смеси с азотом и гелием. Посредством насоса газ поступает в газоразрядную трубку. Для возбуждения используются электрические разряды. Усилению отражения также способствуют зеркала – отражающее и полупрозрачное. В соответствии с конструктивными особенностями установки могут иметь продольную и поперечную прокачку или быть щелевыми.

   Какие параметры нужно учитывать при лазерной резке металлов

   Лазерная резка подходит для работы не только с металлами, но и с резиной, линолеумом, фанерой, полипропиленом, искусственным камнем и стеклом. Обработка лазером применяется в приборо-, судо- и автомобилестроении, для создания элементов электротехнических устройств, сельскохозяйственных машин. Используя принцип лазерного раскроя, изготавливают жетоны, трафареты, указатели, декоративные элементы интерьера и пр.

   
   

   Принцип лазерной резки зависит от многих параметров. Необходимо учитывать, с какой скоростью выполняется обработка, лазер какой мощности при этом используется, какова его плотность, фокусное расстояние, также учету подлежат диаметр луча и состав излучения, а также марка и вид обрабатываемого материала. Например, скорость резки низкоуглеродистых сталей примерно на 30 % выше, чем при работе с нержавейкой. Снижению скорости практически в два раза способствует замена кислорода обычным воздухом. Лазер мощностью 1 кВт разрезает алюминий со скоростью примерно 12 м/с, титан – 9 м/с (при использовании кислорода в качестве активной среды).

   Разберем принцип лазерной резки на следующем примере. За основу берем мощность лазера 1 кВт, в качестве активной среды выступает кислород, подаваемый в рабочую область под давлением 0,5 МПа, диаметр луча равен 0,2 мм.

   Читайте также:

     
   • Шкаф телекоммуникационный настенный 6u 600х450х370мм металлическая дверь
     
   • Растворимость в воде щелочных металлов
     
   • Поставщики цветного металла по россии
     
   • Драгоценные металлы для тельца мужчины
     
   • Лестницы на металлическом каркасе под ключ