Faserlaserschneiden: klare Antworten

Grat an Edelstahl, der mit Stickstoff geschnitten wird, heißt fast immer: die Schmelze wird nicht schnell genug ausgeblasen — Schnittgeschwindigkeit zu niedrig für die Leistung, Stickstoffdruck oder -reinheit zu gering, Düse verschlissen oder nicht zentriert, oder die Fokuslage sitzt zu hoch im Blech. Fangen Sie mit dem Zustand der Düse und dem Gasdruck an — sie erklären die meisten Gratfälle in der Werkstatt.

Wenn eine Maschine, die bisher durchtrennt hat, plötzlich nicht mehr durchkommt, verliert der Strahl auf dem Weg zum Blech Energie oder landet an der falschen Stelle. Nach Wahrscheinlichkeit: verschmutztes oder gerissenes Schutzglas, verschlissene Düse, verschobene Fokuslage, Gasdruckverlust — und erst danach die Quelle selbst.

Schlacke an Baustahl ist geschmolzenes Oxid, das erstarrt ist, bevor das Gas es austragen konnte. Die üblichen Stellschrauben in dieser Reihenfolge: Sauerstoffdruck (bei dicken Blechen meist zu hoch), Schnittgeschwindigkeit, Fokuslage und Düsenabstand. Über 10 mm sind die meisten Schlackeprobleme ein Druck- und Fokusproblem, kein Leistungsproblem.

Riefen sind der Fingerabdruck einer instabilen Schmelzfront. Grobe, nachschleppende Linien heißen: die Schmelze kommt nicht mit — meist Geschwindigkeit, Fokus oder Gasdynamik. Feine, gleichmäßige Linien sind normal und lassen sich nicht ganz vermeiden; steuern können Sie ihre Tiefe und wie weit unten an der Kante sie beginnen.

Spritzer sind Schmelze, die zurück in Richtung Kopf geschleudert wird statt nach unten durch die Schnittfuge — meist durch zu aggressives Einstechen in dickes Material, zu geringen Abstand oder zu hohen Druck für die Düse. Die Düse verstopft dadurch schnell, und eine verstopfte Düse verschlimmert die Spritzer wiederum.

Konizität bedeutet, dass der Strahl keinen geradwandigen Schnitt über die volle Dicke liefert: meist Fokus auf oder über der Oberfläche bei dickem Material, Geschwindigkeit leicht zu hoch oder eine verschlissene Linse, die den Strahl aufweitet. Es zeigt sich vor allem bei Blech über 8–10 mm, wo der Strahl mehr Tiefe durchlaufen muss.

Als Faustregel: beim Schneiden mit Stickstoff liegt der Fokus unter der Oberfläche — grob ein Drittel bis zwei Drittel der Dicke tief. Beim Schneiden von Baustahl mit Sauerstoff sitzt er auf der Oberfläche oder knapp darüber. Bei Blech unter 2 mm liegt er in beiden Fällen nahe null.

Die Einstechzeit wächst mit der Dicke: an einem 6 kW Faserlaser sticht dünnes Blech in deutlich unter einer Sekunde ein, 10 mm in etwa einer Sekunde, und 20 mm brauchen mit Leistungsrampe ein bis drei Sekunden. Dickes Material wird mit Sauerstoff bei niedrigem Druck und höherem Fokus als beim Schneiden eingestochen, danach schaltet die Maschine auf den Schneidparametersatz.

Die Geschwindigkeit fällt mit der Dicke stark ab und hängt vom Gas ab: ein 6 kW Faserlaser schneidet 1 mm Edelstahl mit Stickstoff bei 30–40 m/min, 6 mm bei rund 5 m/min und 10 mm bei 2–3 m/min. Baustahl mit Sauerstoff ist bei dünnem Blech langsamer, schneidet dafür aber noch 20 mm, wo Stickstoff unwirtschaftlich wird.

Die Schnittfuge ist die Materialbreite, die der Strahl tatsächlich abträgt — schmaler als ein Sägeschnitt, aber nicht null. Bei einer 3–6-kW-Faserquelle liegt sie bei dünnem Blech meist bei 0,1–0,3 mm und wächst über 10 mm Dicke auf 0,4–0,6 mm, vor allem abhängig von Düsendurchmesser, Fokuslage und Schneidgas.

Der Düsendurchmesser richtet sich nach Dicke und Gas: kleine Einfachdüsen mit 1,0–1,5 mm für das Sauerstoffschneiden von Baustahl, größere Doppeldüsen mit 1,4–3,0 mm für das Stickstoffschneiden, wo ein breiter Hochdruckstrahl die Schmelze austragen muss. Eine zu große Düse verschwendet Gas und macht den Strahl weich; eine zu kleine unterversorgt die Schnittfuge.

Den Verbrauch bestimmen Düsendurchmesser und Druck, nicht die Laserleistung: eine 2,0 mm Düse bei 15 bar schickt rund 30–45 m³/h durch die Schnittfuge, eine 3,0 mm Düse bei 20 bar kann über 90 m³/h liegen. Deshalb ist Stickstoffschneiden an dicken Blechen oft der größte Einzelposten in den Kosten pro Teil.

Sauerstoff verbrennt beim Schneiden mit, ist auf Baustahl deshalb schneller und billiger und kommt in größere Dicken, hinterlässt aber eine oxidierte Kante. Stickstoff bläst die Schmelze nur aus und gibt auf Edelstahl und Aluminium eine saubere, schweißbare, korrosionsbeständige Kante — bei höherem Druck, niedrigerer Geschwindigkeit und deutlich höheren Gaskosten.

Aluminium wird mit Stickstoff bei hohem Druck geschnitten, ähnlich wie Edelstahl, aber seine hohe Reflektivität und Wärmeleitfähigkeit verlangen bei gleicher Dicke mehr Leistungsreserve und verzeihen eine verschmutzte Linse oder einen leicht falschen Fokus weit weniger — beides führt zum Schnittabbruch, nicht nur zu schlechterer Qualität.

Ja, und es ist schneller und günstiger als Stickstoff, aber die Kante oxidiert: Sie wird dunkel oder strohfarben und verliert genau am Schnitt an Korrosionsbeständigkeit. Das eignet sich für dickes Blech, Konstruktionsteile und alles, was danach geschliffen oder lackiert wird — nicht für sichtbare oder schweißkritische Teile.

Die Kosten pro Teil setzen sich aus Schneidgas, Strom, Verschleißteilen (Düse, Linse, Filter) und Maschinenzeit zusammen, bei Stickstoff-Aufträgen ungefähr in dieser Reihenfolge nach Größe. Bei dünnem Baustahl mit Sauerstoff sind Gas und Verschleißteile günstig und die Maschinenzeit dominiert; bei dickem Edelstahl mit Stickstoff kann das Gas allein der größte Posten sein.

Das hängt von den wöchentlichen Schneidstunden und dem Flaschenpreis ab, nicht von der Maschinenleistung. Ein Betrieb, der Edelstahl mehrschichtig mit Flaschenstickstoff schneidet, amortisiert einen mittelgroßen Generator oft in ein bis zwei Jahren; ein Betrieb, der nur gelegentlich mit Stickstoff schneidet, erreicht selten die Gewinnschwelle.

Eine funktionierende Routine deckt vier Intervalle ab: tägliche Kontrolle von Linse und Düse, wöchentliche Reinigung von Führungen und Optik, monatliche Prüfung von Gasleitungen und Filtern sowie Kühler- und Strahlengangwartung nach Betriebsstunden statt Kalender. Übersprungene tägliche Kontrollen verursachen die meisten Fehlerbilder, die an anderer Stelle dieser Seite beschrieben sind.

Dejustage zeigt sich als Qualität, die nach Richtung oder Position auf dem Tisch unterschiedlich ausfällt, nicht als einzelner offensichtlicher Fehler: sauber auf einer Achse, rau auf der anderen, oder gut nahe der Mitte und schlechter zu den Rändern hin. Ein Brennpapiertest an zwei Punkten des Strahlengangs findet das schneller, als aus dem Schnittbild allein zu raten.

Die meisten Fehlercodes fallen in zwei Familien: Kühlercodes (Temperatur, Durchfluss, Druck — meist mit E-Präfix) und Servoantriebs-Alarmcodes (Encoder, Überhitzung, Kommunikation — meist Buchstabencodes im Antriebsdisplay). Beide verweisen auf ein bestimmtes Subsystem, nicht auf die Laserquelle selbst, und die meisten haben eine einfache erste Prüfung, bevor der Service gerufen wird.