Благодаря тому, что нержавеющая сталь используется в большом количестве отраслей, изделия и конструкции из неё востребованы как никогда. Сегодня из нержавейки изготавливают продукцию для пищевой промышленности и общепита, медицины и фармацевтики, она используется в производстве бытовой техники и в тяжёлой промышленности, судо- и самолётостроении.
И ещё без конструкций из этого металла не обойтись в строительстве. Вот почему в металлообработке неизменно высокий интерес к технологиям резки нержавейки лазером.
Особенности лазерной резки нержавеющих сплавов
Нержавеющая сталь при всей своей технологичности отличается требовательным «характером». Под влиянием различных факторов в ходе раскроя металла изделия могут приобретать незапланированные черты и отправляться в брак. Вот почему резка нержавейки лазером является наиболее предпочтительным вариантом раскроя по сравнению с другими способами, несмотря на техническую сложность метода:
- возможен визуально наблюдаемый эффект зашлаковки в области разреза за счёт легирующих компонентов сплава;
- часто отмечают повышенный расход электроэнергии из-за образования тугоплавких окислов в зоне нагрева листовой нержавейки, что затрудняет путь луча;
- сплавы с высоким содержанием хрома или хром-никелевой добавки тоже затрудняют раскрой лазером из-за своей невысокой текучести, поскольку это свойство препятствует обработке металла.
Кроме того, при резке лазером толстого листа нержавейки может возникать повышенный расход азота. Дело в том, что по намеченным линиям под давлением в 20 атмосфер подают очищенный азот. Газ попадает вглубь металлической заготовки, и могут образовываться отверстия — большие по размеру, чем ширина разреза, и в результате в эту область поступает повышенный объём газа.
Достоинства метода лазерной резки нержавейки
Чтобы свести к минимуму все негативные особенности метода, резку нержавеющей стали при помощи лазерного луча производят на современных установках, которые способны придавать металлу самые сложные конфигурации. Процесс в данном случае контролирует компьютер, следуя заложенному в нем алгоритму. Результат раскроя исключает возникновение таких дефектов как излишки материала (облой), деформированные края или зазубрины.
Преимущества лазерного раскроя металла:
- подходит для резки металла разной толщины, при этом минимальный диаметр получаемых отверстий составляет лишь 0,5 мм;
- обеспечивает геометрическую точность раскроя (погрешность не более 0,08 мм);
- предоставляет возможность изготовления геометрически сложных изделий;
- способствует безотходной металлообработке, поскольку компьютер рассчитывает и контролирует наиболее оптимальный раскрой;
- поддерживает высокую скорость процесса за счет впечатляющей производительности современных лазерных установок;
- делает возможным щадящее воздействие на сплав за счет регулировки интенсивности самого луча, металл нагревается исключительно по линии разреза.
Всё перечисленное позволяет получать изделия высокого качества при минимальных потерях в процессе их изготовления. Производители продукции из нержавейки могут индивидуально подходить к пожеланиям своих заказчиков, предлагать клиентам изготовить элементы со сложным контуром.
Резка нержавейки лазером не оказывает разрушительного воздействия на свойства металла и применяется для раскроя разнообразных сплавов стали, устойчивой к коррозии.
Процесс раскроя нержавейки при помощи лазера
Особенностью метода резки металла лазерным методом является отсутствие физического соприкосновения установки с заготовкой. По её поверхности двигается световой луч, повинуясь командам компьютера. Последний, в свою очередь, исполняет заранее составленную программу.
Процесс резки происходит за счет концентрации светового пучка на поверхности листа нержавейки, причем по строго определенным линиям. В этих местах происходит горение и испарение металла.
Такой эффект формируется за счёт направленного монохромного и когерентного света. То есть внутри установки двигаются совершенно одинаковые фотоны, бесконечно множа своих «двойников». При этом часть фотонов проникает наружу через специальный цилиндр, что и порождает фиксируемое глазом направленное свечение. Материал, атакуемый таким потоком световых частиц, нагревается, металл плавится или закипает и испаряется с поверхности, а луч проникает далее вглубь заготовки.
Описанные способы резки нержавейки лазером (плавление и испарение) эффективны для создания изделий нужной формы. Преимуществом плавления нержавеющей стали является доступность и невысокая стоимость. Зато испарение нержавейки позволяет получать детали наиболее высокой точности и сложности. Но при этом стоимость работы возрастает в разы, поскольку метод раскроя металла через нагрев и испарение требует больших ресурсов и мощности.
Способы лазерной резки нержавейки
Лазерная установка может резать сплав в двух режимах:
- Врезка.
- Раскрой.
Режим врезки применяют, когда требуется получить отверстия и щели. Особенно эффективен он при необходимости сделать прорези и проколы самого наименьшего диаметра.
Процесс врезки состоит из трех этапов разрушения нержавеющего сплава:
- Нагрев.
- Плавление.
- Испарение образовавшихся частиц.
Режим раскроя используется для создания контура любой сложности. После того, как установка насквозь прожигает металл в стартовой точке, движение режущей части продолжается по траектории, определяемой компьютерной программой. Пучок света сечением всего 10-20 микрон характеризуется тепловой мощностью до 100 мегаватт на квадратный сантиметр. Он концентрируется на поверхности заготовки, достигая определённой температуры в месте прохождения луча. Металл испаряется, оставляя в месте воздействия лазера ровный контур.
Лазерная резка или гидроабразивная резка?
Преимущества лазерной резки в обработке нержавеющей стали хорошо видны в сравнении с другой популярной технологией — гидроабразивной резкой.
Сходства и различия технологий резки нержавейки
| Лазерная резка | Гидроабразивная резка | |
| Принцип резки металла | Термохимическая реакция | Механическое разрушение |
| Активный элемент | Газ (азот, кислород, углерод) | Вода с абразивным материалом |
| Скорость резки | До 2,5 м/с | 52-62 м/ч |
| Возможности раскроя | Металлы любого типа толщиной до 100 мм | Металлы любого типа толщиной до 100 мм |
| Особенности процесса | С ростом скорости раскроя снижается качество | С ростом давления повышается скорость раскроя |
Установки для лазерной резки
Лазерные станки для резки металлов различаются по типу активного компонента. Он и обуславливает ряд параметров, определяющих возможность использования установки в тех или иных условиях.
Типы установок для лазерной металлообработки
Твердотельная. Название говорит само за себя: в качестве элемента, создающего монохромный поток световых частиц, в них используется твёрдый кристалл. Это может быть рубин алюмоиттриевый гранат, а также неодимовое стекло. Когда световой пучок падает на поверхность рабочего элемента, он образует угол определённой величины. Такой лазерный станок обладает невысокой мощностью, отличается компактными размерами. Чаще всего подобное оборудование используют для гравировки по металлу или для раскроя цветмета в небольших слесарных хозяйствах.
Газовая. В качестве активного компонента таких установок используют газ. По мере движения сквозь электрическое поле газ становится заряженным и способным монохромно излучать в потоке света. Часто в качестве газа выбирают азот или кислород, распространены также лазерные станки на основе диоксида углерода. Газовые установки отличаются небольшими габаритами и простотой использования при достаточно высокой мощности.
Газодинамическая. Активным элементом в таком оборудовании чаще всего выступает углерод. В ходе работы установки он приобретает температуру 2000-3000 °C. Затем, проникая через узкое отверстие, газ расширяется, температура падает, образуется лазерный луч. Изделия, получаемые при резке нержавейки именно таким лазером, отличает высокая точность, не требующая дополнительной обработки. Однако данная процедура оказывается более дорогостоящей из-за сложности работы на таком станке и большей потребляемой мощности.
Составные узлы лазера для резки и гравировки по нержавейке:
- Излучатель — с его помощью возникают световые пучки;
- Система подачи газа в лазер — в ней происходит подготовка заданного состава и объёма газовой составляющей, которую затем подают в зону раскроя материала;
- Система транспортировки и формирования лазерного излучения — создаёт непрерывный луч из пучков и концентрирует его в заданной точке;
- Система, коррелирующая взаимное движение лазерного луча и обрабатываемой металлической болванки;
- Автоматика — система, координирующая работу всех элементов лазерного устройства, включая системы формирования луча и подачи газа.
Лазерные установки бывают разных видов и назначения. Эти устройства способны не только к раскрою металлов, но и к резке более мягких и «покладистых» материалов.
Благодаря точности и скорости работы светового пучка технология резки нержавейки лазером завоёвывает все большую популярность среди производителей. Все потому, что при производстве сложных изделий из металла она снижает потребность в ручном труде со всеми недостатками человеческого фактора. Кроме того, такое оборудование способно выполнить деликатную работу по изготовлению декоративных элементов из листовой нержавеющей стали.
