Посібник для початківців з лазерного різання алюмінію

Чи може волоконний лазер різати алюміній?

Так, волоконні лазери добре ріжуть алюміній: довжина хвилі 1064 нм поглинається в алюмінії набагато краще, ніж CO2 лазери, що робить волоконні лазери стандартним вибором. Волоконний лазер потужністю 1.5-2 кВт чисто ріже до 3 мм, 3 кВт обробляє приблизно від 6 до 8 мм, 6 кВт досягає 12-16 мм, а 12 кВт ріже до 30 мм, хоча якість крайки погіршується приблизно на товщині понад 20 мм. Допомога азотом під високим тиском (15-20 бар) є ключем до отримання крайок без шлаку.

Чесна відповідь має дві половинки. Волоконні лазери регулярно ріжуть алюміній у всьому, від корпусів електроніки до кронштейнів для аерокосмічної галузі та лотків для акумуляторів електромобілів. І алюміній все ще сильніше карає недбале налаштування, ніж сталь, оскільки дві його властивості безпосередньо суперечать фізиці лазерного різання.

Перше – це відбивна здатність: алюміній відбиває приблизно 90 відсотків променя волоконного лазера з довжиною хвилі 1064 нм за кімнатної температури, тому лише частина подаваної потужності спочатку потрапляє в матеріал. Друге – це теплопровідність: приблизно 237 Вт/мК порівняно з приблизно 50 для сталі, алюміній відводить тепло із зони різання майже в 5 разів швидше. Промінь бореться за створення розплавленої ванни, поки навколишній лист активно охолоджує його. Усі складнощі лазерного різання алюмінію зводяться до цих двох чисел.

4 проблеми, які псують алюмінієвий різ (та їх вирішення)

ПРОБЛЕМА 1: Зворотне відбиття

Чому це відбуваєтьсяНерозрізаний алюміній діє як дзеркало при 1064 нм. Під час проколювання, до утворення розплавленої ванни, частина променя відбивається прямо назад по оптичному шляху. На незахищених верстатах це може пошкодити оптику ріжучої головки або, у важких випадках, саме лазерне джерело, тому старі джерела містили попередження щодо алюмінію в своїх інструкціях.

ВиправитиСучасні волоконні лазери постачаються із захистом від зворотного відбиття (ізолятори та датчики, які виводять з ладу джерело до пошкодження). Переконайтеся, що ваше джерело розраховане на відбивні метали, тримайте головку перпендикулярно, щоб відбиття не фокусувалися назад чисто, та використовуйте правильний режим проколювання (збільшення потужності, невелике розфокусування), щоб фаза дзеркала тривала мілісекунди, а не секунди.

ПРОБЛЕМА 2: Ожилка на нижньому краю

Чому це відбуваєтьсяВизначальний дефект алюмінію. Розплавлений алюміній є в'язким, а висока провідність листа охолоджує розплав так швидко, що він стає рідким, перш ніж допоміжний газ може його виштовхнути. Напівзатверділий метал чіпляється до дна розрізу та замерзає, перетворюючись на тверду, гостру кульку, яку необхідно сточити. Товщий лист погіршує ситуацію: більший об'єм розплаву, те саме вікно витоку.

ВиправитиВикид переважає потужність. Пропустіть азот під високим тиском 15-20 бар через більше сопло, встановіть фокус негативний (у матеріал), щоб пропил залишався широким внизу і давав розплаву вихід, і зменшіть подачу на 10-15 відсотків від налаштувань, еквівалентних сталі. Якщо шлак залишається, виправте газ, сопло, дистанційну стійку та сфокусуйте, перш ніж збільшувати потужність; додаткова потужність на погано викинутому різі лише призведе до того, що буде потрібно очистити більше розплаву.

ПРОБЛЕМА 3: Задирки та шорсткі краї на тонкому листі

Чому це відбуваєтьсяНа листах товщиною менше 3 мм звичайна причина перевертання: занадто сильне нагрівання, а не занадто мало. Надмірна потужність або повільна подача перегріває м’який сплав, краї різу оплавляються, і розріз виходить з піднятим задирком та смугастим сірим краєм замість чистої блискучої поверхні.

ВиправитиШвидко ріжте тонкий алюміній помірною потужністю та чистим азотом. Перевірте стан та центрування сопла (зношене або нецентроване сопло тягне потік газу вбік та створює задирки на одній стороні пропилу) та тримайте фокус на поверхні або трохи нижче неї для максимальної чіткості краю. Добре налаштований тонкий листовий алюміній повинен сходити зі столу блискучим, без задирок та готовим до різання.

ПРОБЛЕМА 4: Невідповідні результати між сплавами

Чому це відбуваєтьсяОператори налаштовують параметри на одному проекті та отримують шлак на наступному, оскільки алюміній не є одним матеріалом. Чистий алюміній серії 1xxx легко ріжеться, але сильно шлакує. Морські марки 5xxx ріжуть найчистіші з поширених сплавів. Архітектурна екструзія 6xxx вимагає ретельного контролю швидкості, щоб уникнути пригоряння, а високоміцна аерокосмічна плита 7xxx є найбільш чутливою до параметрів та схильною до розтріскування з усіх.

ВиправитиЗберігайте параметри для кожного сімейства сплавів, а не для кожного налаштування алюмінію. Коли надходить новий сплав або навіть нова партія, виконайте короткий пробний розріз та переналаштуйте швидкість і тиск перед відправкою листа. 15 хвилин пробних розрізів коштують менше, ніж один бракований гніздо.

Таблиця товщини лазерного різання алюмінію за потужністю

Найважливіша відмінність у будь-якій заяві щодо товщини – це максимальна довжина розриву порівняно з виробничою товщиною. Максимальна довжина розриву означає, що балка проходить повільно, з якістю кромок, яка може потребувати повторної обробки. Виробнича товщина означає стабільну швидкість, чисті кромки та повторюваність. Купуйте та надайте цінову пропозицію відповідно до виробничого номера.

2 нотатки з фізики пояснюють, чому стіл вирівнюється зверху. Масштабування залежності потужності від товщини є сублінійним: подвоєння потужності збільшує корисну товщину приблизно вдвічі, а не вдвічі, оскільки показник степеня у залежності потужності від товщини становить близько 0.65 для лазерного різання. А на товстому алюмінії, зокрема, провідність листа перетворює його на радіатор: додаткова потужність поширюється вбік на навколишній метал і збільшує ванну розплаву швидше, ніж поглиблює різ, тому подача потужності на шлаковий товстий різ зазвичай згущує шлак, а не очищає його.

Для загальної картини металу для сталі, нержавіючої сталі та алюмінію на кожному рівні потужності, товщина, швидкість та потужність різання волоконним лазером містить повні таблиці для різних матеріалів, до яких вставляється ця діаграма, спеціалізована на алюмінії.

Чому азотна допомога важлива для алюмінію

Допоміжний газ виконує дві функції в лазерному різанні: він викидає розплавлений метал з пропила та контролює хімічний склад на поверхні різу. На алюмінії обидві функції спрямовані на азот.

✓ Викид під тискомШвидкоохолоджувальний розплав алюмінію повинен вийти з пропилу, перш ніж він стане рідким. Азот під тиском 15-20 бар, що подається через сопло більшого діаметра, забезпечує механічне подання повітря, яке очищає розплав у його короткому рідкому вікні. Це найбільший важіль боротьби з шлаком.

✓ Інертне зрізане обличчяКиснева допомога, яка є стандартною для вуглецевої сталі, реагує з алюмінієм, утворюючи твердий оксид алюмінію всередині та навколо пропилу, роблячи край шорстким та ускладнюючи будь-яке подальше зварювання або анодування. Азот підтримує блискучу поверхню різу, без оксидів та готову до зварювання одразу після зняття з різального столу.

✓ Ніякої допомоги при горінні все одно немаєКисень заробляє своє місце на вуглецевій сталі, вносячи екзотермічну енергію в процес різання. Алюміній не пропонує такого бонусу, який би вартував втрати оксиду, тому торгівля киснем є повністю негативною.

✓ Стиснене повітря як середній варіант бюджетуПовітря приблизно на 78 відсотків складається з азоту, і сучасні системи подачі повітря високого тиску ріжуть тонкий та середній алюміній за ціною, що значно менша, ніж вартість використання азоту в балонах. Очікуйте легкий сірий відтінок на краю через часткове окислення. Для вивісок та загального виготовлення результат підходить; для деталей, підготовлених до зварювання та анодування, залишайтеся на азоті.

Практична примітка щодо вартостіСпоживання азоту різко зростає з тиском та розміром сопла, що саме і є рецептом для алюмінію. Цехи, які щодня ріжуть алюміній, зазвичай виправдовують використання генератора азоту швидше, ніж це роблять цехи, що працюють лише зі сталлю, і варіант з повітряною допомогою варто перевірити на реальних деталях, перш ніж вважати, що єдиним варіантом є балонний газ.

Примітка з безпеки, яку ніхто не повинен пропускати: алюмінієвий пил

Дрібний алюмінієвий порошок вибухонебезпечний, і лазерне різання його генерує. Небезпека полягає не в самому різанні, а в системі пиловловлення: алюмінієві дрібні частинки, що накопичуються у фільтрах, створюють паливне навантаження, а класичним сценарієм аварії є різання сталі, іскри якої діють як джерело займання, у систему витяжки, вже завантажену алюмінієвим пилом.

Правила захисту прості. Підтримуйте чистоту системи пиловідведення за графіком, ніколи не змішуйте сталеві іскри з алюмінієвими фільтрами (розділяйте роботу або очищуйте між змінами матеріалів) та дотримуйтесь інструкцій виробника витяжок щодо вологих сепараторів або іскрогасників, де вміст алюмінію високий. Кожен цех волоконного лазерного різання алюмінію у виробничих обсягах повинен розглядати це як усталену процедуру, а не як племінний досвід.

STYLECNC Волоконні лазери для алюмінію

STYLECNC Верстати для волоконного лазерного різання постачаються з конфігурацією, що відповідає вимогам до алюмінію: джерела із захистом від зворотного відбиття, розраховані на роботу з відбивними металами, контури допоміжного газу високого тиску для роботи з азотом під тиском від 15 до 20 бар та бібліотеки параметрів різання з налаштуваннями алюмінію для кожного сплаву. найкращий верстат для волоконного лазерного різання металу Лінійка охоплює діапазон від 1.5 до 6 кВт, де зосереджено більшість алюмінієвих виробництв, а також лазерний різак листового металу Конфігурація орієнтована на роботу з тонкими та середніми листами, яка домінує у виробництві корпусів, вивісок та панелей.

Для цехів, що працюють з товстими листами, високопотужний волоконний лазерний різальний верстат для металу масштабується до класу 12 кВт, де виробництво алюмінію товщиною 20 мм стає реальністю. А для реалій початкового рівня можливостей, 1000W Відео про різання алюмінію IPG волоконним лазером 3 мм точно показує, як виглядає нижній рядок таблиці товщини на реальному матеріалі. Зверніться до STYLECNC об’єднайте зусилля, враховуючи ваші сплави, діапазон товщини та щомісячний обсяг, щоб отримати рекомендації щодо конфігурації та газової системи, що відповідають потребам роботи з алюмінієм.

Поширені запитання

Чи може волоконний лазер різати алюміній, не пошкоджуючи себе?

Так, на будь-якій сучасній машині. Історичний страх пов'язаний з приблизно 90-відсотковою відбивною здатністю алюмінію на довжині хвилі волокна: під час проколювання нерозрізана поверхня відбиває енергію променя назад в оптику, і раніше незахищені джерела можуть бути пошкоджені. Сучасні волоконні джерела постачаються з ізоляцією зворотного відбиття та датчиками, які безпечно реагують на несправності, тому алюміній зараз є стандартним виробничим матеріалом. Перевірте рейтинг відбивного металу джерела перед покупкою, а потім ріжте з упевненістю.

Чому на моїх лазерних розрізах алюмінію є шлак?

Оскільки розплав алюмінію охолоджується занадто швидко, щоб витікати. Лист проводить тепло приблизно в 5 разів швидше, ніж сталь, тому розплавлений метал перетворюється на кашоподібний в пропилі та замерзає на нижньому краї, перш ніж газ викине його. Порядок вирішення проблеми, який працює: підвищити тиск азоту до 15-20 бар, встановити більше сопло, сфокусувати глибше (негативно) в матеріал і уповільнити подачу на 10-15 відсотків. Додавайте потужність лише після того, як викид буде правильним; більша потужність при погано викинутому розпилі лише призведе до більшої кількості шлаку.

Якої товщини може різати лазерний різак алюмінію?

За класом потужності, з точки зору виробництва: 1 кВт обробляє від 1 до 2 мм, 3 кВт — приблизно від 4 до 6 мм, 6 кВт — приблизно від 8 до 12 мм, а 12 кВт — від 12 до 20 мм з максимальною глибиною різу близько 30 мм. При товщині краю понад приблизно 20 мм якість кромки погіршується незалежно від потужності, оскільки провідність алюмінію поширює енергію променя вбік у лист швидше, ніж поглиблює різ. Кошти робіт вказуйте на виробничу товщину, а не на номер різу в брошурі.

Чи потрібен азот для лазерного різання алюмінію?

Для чистих, готових до зварювання та анодування країв, так: азот високого тиску викидає розплав і утримує поверхню різу від оксидів, а кисень активно пошкоджує алюміній, утворюючи твердий оксид на краю, без жодної користі від горіння. Бюджетною альтернативою є стиснене повітря високого тиску, яке на 78 відсотків складається з азоту та прийнятно ріже тонкий або середній алюміній з легким сірим відтінком краю. Вивіски та загальне виготовлення можуть використовувати повітря; підготовка до зварювання та косметичні роботи повинні використовувати азот.

Можна а CO2 лазерне різання алюмінію?

Погано, і це не рекомендується. Алюміній відбиває CO2 Довжина хвилі лазера 10.6 мікрона навіть сильніша, ніж довжина хвилі волокна, тому зв'язок гірший, ризик зворотного відбиття вищий, а практичне вікно товщини вузьке. Це одна з головних причин, чому металообробка рішуче перейшла на волоконні джерела: промінь 1064 нм поглинає в алюмінії в кілька разів краще, перетворюючи його на гранично малий... CO2 переробляти на звичайний волоконний.

Чому різні алюмінієві сплави ріжуться так по-різному?

Хімічний склад сплавів змінює поведінку розплаву. Чистий алюміній серії 1xxx легко ріжеться, але утворює найбільше шлаку. Морські марки 5xxx є фаворитами для чистого різання. Архітектурні сплави 6xxx потребують дисциплінованого контролю швидкості, щоб уникнути пригорання, а аерокосмічні пластини 7xxx є найбільш чутливим до параметрів та схильним до розтріскування сімейством. Варіації від партії до партії додають ще один шар навіть у межах одного сорту. Робочим рішенням є бібліотека параметрів для кожного сімейства сплавів та швидке пробне різання щоразу, коли надходить новий матеріал.

Bottom Line

Алюміній чудово ріжеться на волоконних лазерах, якщо налаштування відповідає його двом визначальним властивостям. Відбивна здатність вирішується за допомогою захищених сучасних джерел та дисциплінованого проколювання. Провідність, корінь шлаку та стеля товщини, вирішується шляхом ежекції: азот високого тиску, правильне сопло, негативний фокус та чесна швидкість. Підбирайте потужність відповідно до колонки виробничої товщини, а не до заявленої роздільної здатності, дотримуйтесь параметрів для кожного сплаву та підтримуйте чистоту системи пиловідведення.

STYLECNC налаштовує верстати для лазерного різання волокон для обробки алюмінію від листорізів потужністю 1 кВт до систем з листового металу потужністю 12 кВт, з газовими контурами та бібліотеками параметрів, що відповідають вимогам матеріалу. Надішліть STYLECNC об'єднайте діапазон товщини та сплави, щоб отримати рекомендацію на основі наведених вище цифр.