Волоконная лазерная резка: прямые ответы

Заусенец на нержавейке при резке азотом почти всегда означает, что расплав не успевает выдуваться: скорость резки слишком мала для мощности, давление или чистота азота ниже нормы, сопло изношено или смещено, фокус стоит слишком высоко в листе. Начинайте с состояния сопла и давления газа — на них приходится большинство случаев заусенца в цеху.

Если станок, который раньше прорезал, перестал пробивать металл, значит луч теряет энергию по дороге к листу или приходит не туда. По вероятности: грязное или треснувшее защитное стекло, изношенное сопло, уход фокуса, падение давления газа и только потом сам источник.

Грат на углеродистой стали — это расплавленный оксид, который застыл раньше, чем газ успел его удалить. Рычаги по порядку: давление кислорода (на толстом листе оно чаще завышено), скорость резки, положение фокуса и зазор до сопла. На листе толще 10 mm грат почти всегда вопрос давления и фокуса, а не мощности.

Бороздки — это отпечаток нестабильного фронта расплава. Грубые линии, тянущиеся назад, означают, что расплав не успевает: обычно дело в скорости, фокусе или динамике газа. Мелкие ровные линии нормальны и полностью не убираются; управлять можно их глубиной и тем, с какой высоты кромки они начинаются.

Брызги — это расплав, выброшенный обратно вверх к головке вместо того, чтобы уйти вниз через рез, — обычно из-за слишком агрессивной врезки в толстый металл, заниженного зазора или давления выше нормы для сопла. Сопло забивается быстро, а забитое сопло только усиливает брызги.

Конусность значит, что луч не даёт реза с прямыми стенками через всю толщину: обычно фокус стоит на поверхности или выше на толстом металле, скорость чуть завышена, или изношенная линза рассеивает луч. Проявляется в основном на листе толще 8–10 mm, где лучу приходится проходить больше вглубь.

Правило простое: при резке азотом фокус уходит ниже поверхности — примерно на треть-две трети толщины вглубь. При резке углеродистой стали кислородом фокус стоит на поверхности или чуть выше неё. На тонком листе до 2 mm в обоих случаях он близок к нулю.

Время врезки растёт с толщиной: на волоконнике 6 kW тонкий лист пробивается заметно быстрее секунды, 10 mm — примерно за секунду, а 20 mm требуют одной-трёх секунд с нарастающей мощностью. Толстый металл пробивают кислородом на низком давлении и с фокусом выше рабочего, а потом переходят на параметры резки.

Скорость резко падает с толщиной и зависит от газа: волоконник 6 kW режет 1 mm нержавейки азотом на 30–40 m/min, 6 mm — около 5 m/min, 10 mm — на 2–3 m/min. Углеродистая сталь на кислороде медленнее на тонком листе, зато дотягивает до 20 mm, где азот уже непрактичен.

Керф — это ширина металла, которую луч реально удаляет: уже, чем пропил пилой, но не ноль. На волоконнике 3–6 kW на тонком листе это обычно 0,1–0,3 mm, а после 10 mm вырастает до 0,4–0,6 mm — в основном зависит от диаметра сопла, фокуса и режущего газа.

Диаметр сопла идёт за толщиной и газом: мелкие одинарные сопла 1,0–1,5 mm — для резки углеродистой стали кислородом, более крупные двойные 1,4–3,0 mm — для резки азотом, где широкая струя высокого давления должна выносить расплав. Слишком большое сопло жжёт газ и размывает струю, слишком маленькое не докармливает рез.

Расход задаётся диаметром сопла и давлением, а не мощностью лазера: сопло 2,0 mm при 15 bar прогоняет через рез примерно 30–45 m³/h, а сопло 3,0 mm при 20 bar может перевалить за 90 m³/h. Поэтому на толстом листе азот часто оказывается самой большой отдельной статьёй в себестоимости детали.

Кислород горит вместе с резом, поэтому по углеродистой стали он быстрее и дешевле и берёт большую толщину, но оставляет окисленную кромку. Азот только выдувает расплав и даёт чистую, свариваемую, коррозионно-стойкую кромку на нержавейке и алюминии — ценой большего давления, меньшей скорости и куда большего расхода газа.

Алюминий режут азотом под высоким давлением, похоже на нержавейку, но его высокая отражающая способность и теплопроводность требуют большего запаса мощности на ту же толщину и куда меньше прощают грязную линзу или чуть сбитый фокус — оба случая дают потерю реза, а не просто ухудшение качества.

Да, и это быстрее и дешевле азота, но кромка окисляется: темнеет или приобретает соломенный оттенок и теряет коррозионную стойкость прямо в резе. Подходит для толстого листа, конструкционных деталей и всего, что потом шлифуют или красят — но не для видимых или свариваемых деталей.

Себестоимость детали складывается из вспомогательного газа, электричества, расходников (сопло, линза, фильтры) и машинного времени — примерно в этом порядке по величине для азотных работ. На тонкой углеродистой стали с кислородом газ и расходники дёшевы, и решает машинное время; на толстой нержавейке с азотом сам газ может стать самой крупной статьёй.

Зависит от часов резки в неделю и цены баллона, а не от мощности станка. Цех, режущий нержавейку в несколько смен на баллонном азоте, часто окупает генератор среднего размера за один-два года; цех, где азот нужен изредка, почти никогда не выходит в плюс.

Рабочий регламент строится на четырёх интервалах: ежедневная проверка линзы и сопла, еженедельная чистка направляющих и оптики, ежемесячный осмотр газовых магистралей и фильтров, и периодическое обслуживание чиллера и тракта луча по наработке часов, а не по календарю. Пропуск ежедневных проверок — причина большинства дефектов, разобранных на этом сайте.

Разъюстировка проявляется как качество, разное по направлению или месту на столе, а не как одна очевидная поломка: рез чистый по одной оси и шершавый по другой, или хороший у центра и хуже к краям. Тест на ожоговой бумаге в двух точках тракта луча находит это быстрее, чем гадание по одному резу.

Большинство кодов ошибок делятся на два семейства: коды чиллера (температура, поток, давление — обычно с префиксом E) и коды тревог сервопривода (энкодер, перегрев, связь — обычно буквенные коды на дисплее драйвера). Оба указывают на конкретную подсистему, а не на сам лазерный источник, и у большинства есть простая первая проверка перед звонком в сервис.