Всього десять років тому волоконно-лазерні різаки вважалися спеціалістами з виробництва тонкого листа. Магазини швидко виявили, що їм потрібно інвестувати в них, щоб конкурувати, або принаймні скоротити розмір матеріалу. Для високоякісного різання листів CO2-лазери все ще найкращі. Звичайно, волоконний лазер міг різати більш товсті заготовки, але якість була невисокою, і їх перевага у швидкості майже зникала під час різання дуже товстих пластин. Сьогодні світ змінився.
Технологія допоміжного газу пройшла довгий шлях лише за кілька років, і вона є одним із ключових учасників у швидко мінливій сфері лазерного різання. Покращено матеріали лінз та їх дизайн, а також ріжучі головки та насадки. Можна побачити, що сучасні волоконно-лазерні системи доставки променя з комфортом справляються з величезною потужністю фотонів. Надпотужні лазери потужністю 20, 30 і навіть 50 кВт тепер можуть швидко й чисто нарізати товсті пластини.
Головне слово тут — «чистий». Економічна доцільність використання лазера залежить від вартості частини. Сьогодні високопотужні лазери процвітають у сфері точного різання пластин. Якщо деталь раніше різали плазмою, а потім видаляли задирки або обробляли на фрезерному верстаті, тепер це можна зробити за допомогою волоконного лазера.
Змішування допоміжних газів допомагає зробити все це можливим. Навіть найтовстіші плити сьогодні обробляються не киснем, а азотно-кисневою сумішшю. Потік допоміжного газу все ще складається в основному з азоту, інертного газу, який витісняє розплавлений метал із пропилу, але невелика частка кисню забезпечує хімічну реакцію, яка допомагає довести пропил до дна, щоб край був чистим від шлаку.
Підставка між поверхнею та соплом була зроблена настільки малою, що її майже не було, і все це для забезпечення ламінарного потоку допоміжних газів через проріз, щоб азотно-киснева суміш могла працювати за призначенням. Під час точного різання пластин надмірна турбулентність допоміжного газу є ворогом чистого лазерного різання.
Перші застосування газозмішування з’явилися більше десяти років тому не для товстої сталі, а для різання алюмінію без окалини. Стів Альбрехт, президент компанії Liberty Systems у Певокі, штат Вісконсін, постачальника генерації азоту та змішування газів, згадує використання азотно-кисневих сумішей на початку 2010-х років не для волоконних лазерів, а для 4 кВт CO2 система для різання алюмінію завтовшки 0.125-дюйма.
«Алюміній має поверхню оксидного шару, — каже Альбрехт, — і його потрібно випалити, щоб запобігти появі окалини чи задирок. Як виявили розробники, потік повітря з азотом і дозою кисню допомагає усунути тверді для видалення накипу на краях різаного лазером алюмінію.
«Як м’який матеріал, алюміній має деякі унікальні особливості для лазерного різання, — каже Девід Белл, президент Witte Gas Control в Альфаретті, штат Джорджія, — газова суміш корисна. Якщо ви ріжете алюміній киснем, ви спалюєте його. розріжте його азотом, ви отримаєте краєві смуги. Змішайте обидва, і ви отримаєте чистіший зріз.
Оскільки волоконні лазери почали завойовувати ринок і доступна потужність продовжувала зростати, стратегії допоміжного газу продовжували розвиватися. Інженери почали експериментувати з різними комбінаціями азоту та кисню.
Як згадує Альбрехт, коли інженери почали отримувати хороші результати з рівнем кисню, що наближався до 20 відсотків, це відкрило двері для використання ультрасухого повітря для різання. Це заощадило виробнику багато грошей, особливо враховуючи кількість допоміжного газу, який споживали перші волоконні лазери.
«Коли з’явилися перші волокна потужністю 6 кВт і 8 кВт, — каже Альбрехт, — саме тоді ультрасухе повітряне різання почало справді розвиватися.
Однак, оскільки потужність волоконного лазера продовжувала зростати, стратегія допоміжного газу змінилася. Умови різання для найпотужніших волоконних лазерів були побудовані навколо точних азотно-кисневих сумішей з низьким вмістом кисню.
Виробники комплектного обладнання для лазерних різаків почали експериментувати з різними соплами та різними підходами для досягнення плавного ламінарного потоку допоміжних газів навколо більш потужного променя. Конструкції сопел були оптимізовані. Деякі геометрії сопел затримують газ у верхній частині металу. Інші методи використовують повітряні «завіси» навколо колони допоміжного газу. Як пояснює Альбрехт, ці методи залежать від виробника машини, але всі працюють над тією самою метою: досягнення найкращої якості різу за найнижчої вартості за одиницю. Це включає використання допоміжних газів і, зокрема, пошук оптимальної суміші для покращення якості та швидкості різання.
