Cięcie laserem światłowodowym: konkretne odpowiedzi

Zadzior na stali nierdzewnej ciętej azotem prawie zawsze oznacza, że stop nie jest wydmuchiwany dostatecznie szybko: za mała prędkość cięcia w stosunku do mocy, za niskie ciśnienie lub czystość azotu, zużyta albo niewycentrowana dysza, albo ognisko ustawione zbyt wysoko w blasze. Zacznij od stanu dyszy i ciśnienia gazu — one tłumaczą większość przypadków zadzioru w zakładzie.

Kiedy maszyna, która wcześniej przecinała, przestaje przechodzić przez materiał, wiązka albo traci energię po drodze do blachy, albo trafia w złe miejsce. Według prawdopodobieństwa: brudna lub pęknięta szybka ochronna, zużyta dysza, dryf ogniska, spadek ciśnienia gazu, i dopiero na końcu samo źródło.

Żużel na stali konstrukcyjnej to stopiony tlenek, który zastygł, zanim gaz zdążył go usunąć. Zwykłe dźwignie, w tej kolejności: ciśnienie tlenu (na grubych płytach najczęściej za wysokie), prędkość cięcia, pozycja ogniska i odstęp dyszy. Powyżej 10 mm większość problemów z żużlem to kwestia ciśnienia i ogniska, a nie mocy.

Prążki to odcisk palca niestabilnego frontu topienia. Grube, wleczone linie oznaczają, że stop nie nadąża — zwykle przez prędkość, ognisko albo dynamikę gazu. Drobne, równe linie są normalne i nie da się ich całkiem usunąć; kontrolujesz ich głębokość i to, od jakiego miejsca na krawędzi się zaczynają.

Odpryski to stop wyrzucany z powrotem w stronę głowicy zamiast w dół przez szczelinę — zwykle przez zbyt agresywne przebijanie grubego materiału, za niski odstęp albo za wysokie ciśnienie do danej dyszy. Szybko zapycha dyszę, a zapchana dysza dalej pogarsza odpryski.

Zbieżność oznacza, że wiązka nie daje prostych ścian cięcia na całej grubości: zwykle przez ognisko ustawione na powierzchni albo powyżej na grubym materiale, prędkość odrobinę za dużą albo zużytą soczewkę rozpraszającą wiązkę. Widać to głównie na płycie powyżej 8–10 mm, gdzie wiązka ma więcej głębokości do pokonania.

Zasada podstawowa: przy cięciu azotem ognisko schodzi pod powierzchnię — mniej więcej od jednej trzeciej do dwóch trzecich grubości w głąb. Przy cięciu stali konstrukcyjnej tlenem ognisko leży na powierzchni albo lekko nad nią. Cienka blacha poniżej 2 mm to w obu przypadkach okolice zera.

Czas przebicia rośnie z grubością: na fiberze 6 kW cienka blacha przebija się grubo poniżej sekundy, 10 mm w około sekundę, a płyta 20 mm potrzebuje od jednej do trzech sekund z narastającą mocą. Gruby materiał przebija się tlenem pod niskim ciśnieniem, z ogniskiem wyżej niż przy cięciu, po czym maszyna przechodzi na zestaw parametrów cięcia.

Prędkość gwałtownie spada z grubością i zależy od gazu: fiber 6 kW tnie 1 mm nierdzewnej azotem z prędkością 30–40 m/min, 6 mm około 5 m/min, a 10 mm 2–3 m/min. Stal konstrukcyjna tlenem jest wolniejsza na cienkiej blasze, ale tnie dalej, aż do 20 mm, gdzie azot przestaje być praktyczny.

Kerf to szerokość materiału, którą wiązka faktycznie usuwa — węższa niż rzaz piły, ale nie zerowa. Przy fiberze 3–6 kW zwykle wynosi 0,1–0,3 mm na cienkiej blasze i rośnie do 0,4–0,6 mm powyżej 10 mm, głównie zależnie od średnicy dyszy, ogniska i gazu tnącego.

Średnica dyszy wynika z grubości i gazu: małe dysze pojedyncze 1,0–1,5 mm do cięcia stali konstrukcyjnej tlenem, większe dysze podwójne 1,4–3,0 mm do cięcia azotem, gdzie szeroki strumień pod wysokim ciśnieniem musi usunąć stop. Za duża dysza marnuje gaz i rozmywa strumień; za mała głodzi szczelinę.

Zużycie zależy od średnicy dyszy i ciśnienia, a nie od mocy lasera: dysza 2,0 mm przy 15 bar przepuszcza przez szczelinę mniej więcej 30–45 m³/h, a dysza 3,0 mm przy 20 bar może przekroczyć 90 m³/h. Dlatego cięcie azotem grubej płyty bywa największą pojedynczą pozycją w koszcie detalu.

Tlen spala materiał w trakcie cięcia, więc na stali konstrukcyjnej jest szybszy i tańszy oraz sięga większych grubości, ale zostawia utlenioną krawędź. Azot tylko wydmuchuje stop i daje czystą, spawalną, odporną na korozję krawędź na nierdzewnej i aluminium — przy wyższym ciśnieniu, niższej prędkości i dużo wyższym koszcie gazu.

Aluminium tnie się azotem pod wysokim ciśnieniem, podobnie jak nierdzewna, ale jego wysoka refleksyjność i przewodność cieplna oznaczają, że potrzebuje większego zapasu mocy przy tej samej grubości i jest dużo mniej wybaczające brudnej soczewki albo lekko przesuniętego ogniska — oba powodują utratę cięcia, nie tylko spadek jakości.

Tak, i jest to szybsze i tańsze niż azot, ale krawędź się utlenia: ciemnieje albo staje się słomkowa i traci odporność na korozję dokładnie w miejscu cięcia. Nadaje się do grubej płyty, detali konstrukcyjnych i wszystkiego, co potem jest szlifowane albo malowane — nie do detali widocznych albo krytycznych spawalniczo.

Koszt detalu to gaz osłonowy, prąd, materiały eksploatacyjne (dysza, soczewka, filtry) i czas maszyny, mniej więcej w tej kolejności wielkości przy pracach azotowych. Na cienkiej stali konstrukcyjnej tlenem gaz i materiały eksploatacyjne są tanie, a dominuje czas maszyny; na grubej nierdzewnej azotem sam gaz potrafi być największą pozycją.

Zależy od liczby godzin cięcia w tygodniu i ceny butli, a nie od mocy maszyny. Zakład tnący nierdzewną na kilka zmian dziennie na azocie z butli często odzyskuje koszt generatora średniej wielkości w rok do dwóch lat; zakład używający azotu sporadycznie rzadko wychodzi na zero.

Działająca rutyna obejmuje cztery interwały: codzienną kontrolę soczewki i dyszy, cotygodniowe czyszczenie prowadnic i optyki, comiesięczną kontrolę instalacji gazowej i filtrów oraz okresowy serwis chillera i toru wiązki śledzony według godzin pracy, nie kalendarza. Pomijanie codziennych kontroli to przyczyna większości wad opisanych gdzie indziej na tej stronie.

Rozjustowanie objawia się jakością różniącą się kierunkiem albo pozycją na stole, a nie jedną oczywistą usterką: cięcie dobre na jednej osi, a szorstkie na drugiej, albo dobre blisko środka i gorsze przy krawędziach. Test na papierze termicznym w dwóch punktach toru wiązki znajduje przyczynę szybciej niż zgadywanie tylko z samego cięcia.

Większość kodów błędów należy do dwóch rodzin: kody chillera (temperatura, przepływ, ciśnienie — zwykle z przedrostkiem E) i kody alarmowe napędu serwo (enkoder, przegrzanie, komunikacja — zwykle kody literowe na wyświetlaczu napędu). Oba wskazują konkretny podzespół, nie samo źródło lasera, i większość ma prostą pierwszą kontrolę, zanim wezwiesz serwis.