Волоконный лазерный резак для нержавеющей стали: полное руководство

При наличии подходящих инструментов многие сорта нержавеющей стали можно быстро и точно разрезать с помощью волоконный лазерный резак для нержавеющей стали. Этот метод имеет несколько преимуществ по сравнению с традиционными методами резки: он минимизирует применение тепла, избегает упрочнения и часто устраняет необходимость в дополнительных процессах отделки. Однако правильная резка нержавеющей стали требует осторожного обращения, точных знаний и высококачественного оборудования. Эта статья служит руководством по правильному выполнению и избежанию распространенных ошибок.

Нержавеющая сталь — это широкий термин для аустенитных, ферритных, преципитационных, мартенситных и дуплексных (с аустенитными и мартенситными компонентами) сплавов. Эти сплавы содержат железо, углерод, хром и ряд других металлических легирующих добавок, таких как никель, молибден, медь, ниобий, титан и алюминий. Преднамеренные добавки также могут быть неметаллическими, такими как кремний, углерод и сера.

Результатом является спектр свойств. Некоторые сплавы сильно магнитятся, в то время как другие только слабо или совсем немагнитны. Некоторые такие стали легко упрочняются, в то время как другие почти не изменяются. И хотя «нержавеющая сталь» риторически является синонимом коррозионной стойкости, некоторые версии на самом деле не очень хорошо справляются с этой задачей. 

Различные типы нержавеющей стали, подходящие для лазерной резки

Все сплавы нержавеющей стали можно резать лазером при условии правильной настройки машины, достаточной мощности и правильной контролируемой атмосферы. В целом, типы нержавеющей стали, поддающейся резке, следующие: 

Аустенитная нержавеющая сталь

Известные своей исключительной коррозионной стойкостью, аустенитные нержавеющие стали имеют гранецентрированную кубическую структуру. В отличие от других типов, они не подлежат термической обработке и являются немагнитными. Известная серия 300 получает свою аустенитную структуру в первую очередь за счет высокого содержания никеля, что способствует ее долговечности и устойчивости к химикатам. Напротив, серия 200 достигает своих аустенитных свойств за счет сочетания марганца и азота, предлагая более экономичную альтернативу, сохраняя при этом хорошую коррозионную стойкость. Эти стали имеют тенденцию к упрочнению на разных уровнях, что может усложнить их обработку, но они очень подходят для применений, требующих долговечности в суровых условиях.

Мартенситная нержавеющая сталь

Обычно классифицируемые в серии 400, мартенситные нержавеющие стали доступны как в высокоуглеродистых, так и в низкоуглеродистых вариантах. В отличие от аустенитных типов, эти стали можно закаливать и отпускать посредством термической обработки и закалки, что обеспечивает большую прочность и твердость. Хотя они, как правило, менее прочны и обладают меньшей коррозионной стойкостью по сравнению с аустенитными марками, они компенсируют это превосходной обрабатываемостью благодаря более низкому содержанию никеля и пониженной тенденции к наклепу. Это делает их идеальными для применений, требующих высокой прочности и умеренной коррозионной стойкости, таких как столовые приборы, медицинские инструменты и валы насосов.

Ферритная нержавеющая сталь

Еще один представитель серии 400, ферритные нержавеющие стали, известны своими уникальными характеристиками. Эти стали поддаются термической обработке и закаляются относительно легко, без чрезмерных усилий или сложных процессов. Одним из ярких примеров является нержавеющая сталь 430, часто называемая «лезвийной сталью» за ее остроту и полезность в режущих инструментах. Ферритные стали способны сохранять свои свойства при высоких температурах, но испытывают трудности в криогенных условиях, что делает их менее подходящими для сред с экстремально низкими температурами. Кроме того, они имеют ограниченную свариваемость, что может ограничивать их использование в определенных производственных приложениях. Тем не менее, они остаются популярным выбором для автомобильных деталей, промышленных компонентов и кухонных принадлежностей, где требуется устойчивость к высоким температурам.

Как лазеры взаимодействуют с нержавеющей сталью

Лазерная технология предлагает несколько преимуществ по сравнению с традиционными методами 2D-обработки, когда речь идет о нержавеющей стали. Одним из ключевых преимуществ является то, что лазерная резка устраняет необходимость в физической силе, предотвращая любые деформации материала или упрочнение. При оптимальных условиях лазерная резка дает гладкие, сплавленные края, которые часто не требуют дополнительной отделки. Такая точность позволяет делать разрезы глубиной до 100 мм за один проход, что делает ее эффективным выбором для обработки крупных компонентов из нержавеющей стали.

Существует два основных метода лазерной маркировки нержавеющей стали: лазерная абляция и лазерный отжиг. При лазерной абляции материал испаряется и удаляется с поверхности, создавая точные отметки. Лазерный отжиг, с другой стороны, фокусируется на изменении металла под поверхностью, не нарушая слой оксида хрома. Это приводит к более чистой и долговечной маркировке, хотя и требует значительного мастерства, чтобы избежать непреднамеренного удаления материала. Контролируемый процесс нагрева сводит к минимуму искажение и окрашивание в зоне термического воздействия (ЗТВ). Напротив, механические методы резки могут вызывать значительные изменения твердости вокруг реза и могут привести к тепловой деформации и обесцвечиванию в окружающих областях.

Лазерная гравировка — еще один эффективный метод обработки нержавеющей стали. Однако иногда она может привести к изменению цвета, поскольку процесс гравировки удаляет части защитного оксидного слоя. Хотя по функциональности гравировка похожа на лазерную резку, для обеспечения высококачественной отделки требуется строгий контроль глубины реза.

Лазерное травление предлагает более совершенный подход. Этот метод включает отжиг или плавление подповерхности металла без удаления защитного оксидного слоя, который остается практически нетронутым большинством режущих лазеров. Процесс допускает легкую диффузию кислорода через прозрачный оксидный слой, что приводит к окрашиванию под ним. В зависимости от интенсивности лазера металл может иметь оттенки желтого или коричневого цвета, создавая отличительную и точную маркировку. Этот метод также обычно называют лазерным отжигом из-за контролируемой природы процесса.

Типы лазеров, подходящих для резки нержавеющей стали

Два основных типа лазеров, эффективных для резки нержавеющей стали: волоконные лазеры и CO2-лазеры.

Волоконные лазеры известны своей точностью, создавая более узкий луч, который составляет примерно половину диаметра режущей точки CO2-лазера. Это приводит к примерно четырехкратному увеличению эффективной мощности при той же выходной энергии, что позволяет волоконным лазерам резать быстрее и точнее. Кроме того, волоконные лазеры имеют более низкие эксплуатационные расходы из-за их более высокой электрической эффективности — обычно в 4–6 раз лучше, чем CO2-лазеры — и их твердотельной конструкции, что устраняет необходимость в дорогостоящем обслуживании. Однако волоконным лазерам требуется больше защитного газа азота во время процесса резки, чтобы обеспечить чистые и точные разрезы.

CO2-лазеры, с другой стороны, обычно производят режущий луч шириной около 600 мкм. Они могут достигать более высоких уровней мощности, чем волоконные лазеры, что делает их идеальными для резки более толстых материалов, где абсолютная точность менее критична. Хотя капитальные затраты (CAPEX) оборудования CO2-лазера, как правило, ниже, чем у волоконных лазеров, эксплуатационные расходы (OPEX) выше в расчете на рез. Это делает CO2-лазеры экономически эффективным выбором для проектов, требующих менее детальной резки на более толстых деталях из нержавеющей стали.

Какие лазерные резаки для нержавеющей стали являются лучшими?

Выбор правильного станка для лазерной резки имеет решающее значение для успеха ваших проектов по резке нержавеющей стали. Высококачественный лазерный резак должен обладать следующими ключевыми характеристиками:

• Точность: Станок должен обеспечивать высокую точность резки, гарантируя сохранение размеров конструкции.
• Скорость: Он должен обеспечивать высокую скорость резки без ущерба качеству для повышения производительности.
• Власть: Машине необходима достаточная мощность для эффективной резки определенного типа и толщины нержавеющей стали.
• Надежность: Выбирайте машину, известную своей надежной и стабильной работой.
• Простота использования: Удобный интерфейс и программное обеспечение упрощают управление задачами резки.
• Обслуживание: Машины с низкими затратами на техническое обслуживание и простыми процедурами технического обслуживания имеют большие преимущества.

Рассмотрим следующие типы волоконных лазерных станков для резки нержавеющей стали:

• Малые волоконные лазерные установки (1 кВт - 3 кВт): Эти машины разработаны для скорости и гибкости, превосходя в сверхскоростной резке тонкого листового металла и подобных материалов. Они повышают производительность, одновременно снижая эксплуатационные расходы.
• Средние волоконные лазерные установки (2 кВт - 4 кВт): Оснащенные удобными для пользователя функциями, эти машины обеспечивают исключительную эффективность и превосходное качество результатов. Они универсальны и подходят для различных материалов, используемых в металлообработке, включая металлы с высокой отражающей способностью и более толстую мягкую сталь.
• Волоконные лазерные установки высокой мощности (6 кВт - 15 кВт): Эти машины являются одними из самых полных, компактных и настраиваемых систем лазерной резки листового металла. Разработанные для адаптации к меняющимся потребностям, они могут обрабатывать широкий спектр материалов, включая металлы с высокой отражающей способностью и мягкую сталь большой толщины.

4о мини

Достижение оптимальных результатов при лазерной резке нержавеющей стали

Лазерная резка нержавеющей стали может давать высокоточные результаты с чистыми краями и минимальным тепловым повреждением, при условии тщательной оптимизации настроек. Газовая система поддержки имеет решающее значение для очистки пути лазера от мусора и обеспечения высококачественных разрезов. Однако этот процесс не лишен сложностей. Могут возникнуть некоторые распространенные проблемы, но их можно легко устранить после выявления:

• Большие, неравномерные капли по обеим сторонам нижнего края разреза: Это означает, что лазер работает слишком жарко. Чтобы решить эту проблему, увеличьте скорость подачи, чтобы уменьшить локализованный нагрев, увеличьте подачу воздуха для лучшего охлаждения или отрегулируйте фокусную точку немного выше над разрезом.
• Большие, неравномерные капли на одной стороне нижнего края: Подобно проблеме выше, это часто происходит из-за нецентрального расположения сопла воздушного вспомогательного устройства. Правильное выравнивание сопла может решить эту проблему.
• Небольшие капли вдоль нижнего края среза: Это говорит о том, что фокусная точка установлена слишком низко или скорость подачи слишком высокая. Регулировка фокусной точки вверх или уменьшение скорости подачи должны улучшить качество резки.
• Видимые восходящие брызги расплава: Обычно это означает, что скорость подачи слишком высокая, а иногда и воздушная поддержка слишком интенсивна. Уменьшение скорости подачи или уменьшение воздушной поддержки может предотвратить эту проблему.
• Желтое или коричневое окрашивание вокруг среза: Это происходит, когда подача азота недостаточна или загрязнена кислородом. Увеличение потока азота и обеспечение его чистоты может помочь поддерживать чистый, не окислительный край.

Основные советы по лазерной резке нержавеющей стали

Лазерная резка нержавеющей стали требует тщательной настройки и эксплуатации из-за уникальных свойств материала. Вот несколько важных советов, которые обеспечат высококачественные результаты:

1. Оптимизация настроек воздуходувки: Правильная регулировка воздуходувки имеет решающее значение. Следите за обратным потоком, когда материал выдувается вверх — обычно это означает, что поток воздуха слишком сильный. Недостаточный поток воздуха может привести к закупорке оптики, что снизит эффективность лазера. Кроме того, убедитесь, что сопло воздуходувки идеально отцентрировано, чтобы избежать неравномерного распределения воздуха, что может привести к асимметричным разрезам.
2. Установите правильную глубину фокусировки: Точная фокусировка необходима для достижения чистого реза. Измерьте ширину и форму пропила, чтобы обеспечить оптимальную фокусировку. Если края реза неровные или пропил слишком широкий, фокусная точка может быть смещена, что приведет к некачественным резам. Точно настройте фокусную глубину в соответствии с толщиной и типом нержавеющей стали, с которой вы работаете.
3. Содержите оптику в чистоте: Грязная или засоренная оптика может существенно снизить эффективность лазера и качество резки. Регулярно проверяйте и очищайте линзы, зеркала и другие оптические компоненты, чтобы поддерживать чистоту. Чистый оптический путь позволяет лазеру работать наилучшим образом, обеспечивая точность резки с минимальными дефектами.
4. Мониторинг использования азота: При использовании азота в качестве защитного газа проверьте наличие окисления вдоль кромок реза. Желтые или коричневые пятна могут указывать на то, что скорость потока азота слишком низкая, что позволяет кислороду загрязнять разрез. Увеличение подачи азота может помочь предотвратить окисление и сохранить яркую, чистую отделку.
5. Осмотрите зону термического влияния (ЗТВ): Проверьте разрез на наличие признаков чрезмерного воздействия тепла, таких как широкая зона термического влияния с оплавленными или обесцвеченными краями. Если вы заметили синеватый оттенок или скопление расплава на нижней стороне, это может означать, что скорость подачи слишком низкая или мощность лазера слишком высокая. Отрегулируйте эти настройки, чтобы свести к минимуму нежелательное тепловое повреждение.
6. Следуйте рекомендациям производителя: Начните с рекомендуемых производителем станка настроек для конкретной марки и толщины нержавеющей стали. Вносите постепенные корректировки в параметры лазера, наблюдая, как каждое изменение влияет на результат. Этот систематический подход позволяет вам точно настроить параметры для оптимальной производительности без риска повреждения материала.

Обращая внимание на эти переменные, вы сможете эффективно решать проблемы лазерной резки нержавеющей стали, получая высококачественные и точные разрезы с минимальной необходимостью последующей обработки.

Цены на волоконный лазерный резак для нержавеющей стали

Стандартной цены на лазерные режущие станки, способные обрабатывать нержавеющую сталь, не существует, поскольку стоимость сильно варьируется в зависимости от спецификаций и характеристик станка. Модели начального уровня можно найти примерно за $300, что подходит для очень легких проектов. Напротив, станки среднего класса с более мощными возможностями обычно начинаются от $3,000. Цены на высокопроизводительные промышленные станки обычно превышают $30,000.

Волоконные лазеры заметно дороже изначально, часто в 5-10 раз дороже лазеров CO2. Однако они предлагают более высокую производительность с меньшими расходами на обслуживание и электроэнергию с течением времени. Для легких приложений преимущества волоконных лазеров могут не оправдать более высокую стоимость, поскольку они все равно не могут достичь экстремальных уровней пиковой мощности, которые могут обеспечить лазеры CO2.

Сравнение CO2- и волоконных лазеров для резки нержавеющей стали

Когда дело доходит до резки нержавеющей стали, лазеры CO2 и волоконные лазеры имеют свои сильные стороны и ограничения. Известно, что лазеры CO2 производят более широкий луч, но у них есть преимущество в достижении гораздо более высоких уровней мощности, часто в диапазоне 100+ кВт. Они изначально более доступны по цене, но, как правило, имеют более высокие требования к обслуживанию по сравнению с волоконными лазерами.

С другой стороны, волоконные лазеры обычно ограничены выходной мощностью 15-20 кВт. Однако они могут резать гораздо быстрее — примерно в 3-5 раз быстрее, чем CO2-лазеры — благодаря более узкому лучу, который фокусирует больше энергии непосредственно в точке реза. Эта повышенная точность и скорость делают волоконные лазеры идеальными для приложений, требующих эффективности и точности. Для получения дополнительной информации ознакомьтесь с нашим всесторонним сравнением технологий CO2- и волоконных лазеров.

KRRASS предлагает широкий спектр передовых производственных решений, включая лазерные режущие станки. Если вы ищете высокоскоростные волоконные лазерные системы или надежные варианты CO2-лазеров, KRRASS вам поможет. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы изучить ваши варианты и получить индивидуальное предложение, адаптированное под ваши производственные потребности.

Альтернативы лазерной резке нержавеющей стали

Лазерная резка — популярный выбор для нержавеющей стали, но это не единственный вариант. Вот несколько альтернативных технологий и машин, которые можно использовать для резки нержавеющей стали, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки:

Гидроабразивная резка: Этот метод использует струю воды под высоким давлением или смесь воды и абразивных материалов для резки нержавеющей стали. Он очень универсален и может обрабатывать различные материалы, включая чувствительные к теплу. Однако гидроабразивная резка, как правило, медленнее и дороже лазерной, особенно для сложных конструкций.

Плазменная резка: Плазменная резка использует струю нагретой плазмы для разрезания электропроводящих металлов. Она отлично подходит для быстрой резки толстой нержавеющей стали, часто превосходя по скорости как водоструйную, так и лазерную резку. Однако она может не соответствовать точности и качеству кромок, которые обеспечивает лазерная резка.

Механическая резка (например, резка, распиловка, штамповка): Традиционные механические методы эффективны для более простых, менее точных разрезов и часто более экономичны для простых работ. Однако им не хватает гибкости и точности лазерной резки, что делает их менее подходящими для сложных или детализированных проектов.

В целом лазерная резка остается лучшим выбором для нержавеющей стали благодаря своей превосходной скорости, точности и возможности обработки сложных конструкций, особенно из тонких материалов.

Заключение

Лазерная резка нержавеющей стали — это сложная и эффективная технология, которая обеспечивает многочисленные преимущества, включая высокую точность, скорость и универсальность. Этот метод поддерживает сложные конструкции и обеспечивает гладкую отделку, что делает его предпочтительным выбором в различных отраслях промышленности, включая автомобильную, аэрокосмическую и медицинскую. Однако крайне важно иметь полное представление о процессе лазерной резки, типах используемых лазеров, различных сортах нержавеющей стали и потенциальных проблемах, которые могут возникнуть во время резки.

Решение между CO2 и волоконными лазерами будет во многом зависеть от конкретных требований к работе. В то время как CO2 лазеры, как правило, более доступны и лучше подходят для более толстых материалов, волоконные лазерные резаки для нержавеющей стали известны своей точностью и энергоэффективностью, что со временем может привести к снижению эксплуатационных расходов.

Учитывая эти факторы и используя возможности современных станков для лазерной резки, таких как те, которые предоставляет компания KRRASS, вы сможете добиться выдающихся результатов при лазерной резке нержавеющей стали.