Лазерная резка. Азот vs Кислород

Лазерная резка. Азот vs Кислород

Выбор газовой среды для лазерной резки зависит, в первую очередь, от подлежащего резке металла.

Резка в кислороде

Кислород обычно используется для резки низко- и среднелегированных сплавов стали, кроме деталей, подлежащих последующей окраске по срезам.

Кислород, попадая на нагретую лазерным лучом поверхность металла, вступает с ним в реакцию окисления, сопровождающуюся выделением тепла. Это тепло увеличивает общую температуру резки, в результате чего, во-первых, увеличивается скорость резки, во-вторых, увеличивается возможная толщина разрезаемого листа, а в-третьих, при некоторых условиях, может произойти и частичное испарение (сублимация) металла.

Если кратко, кислород вызывает мощные экзотермические реакции, тепло которых помогает процессу. Количество подаваемого кислорода должно точно регулироваться: при увеличении толщины металла давление кислорода следует не увеличить, а уменьшить, для предотвращения слишком сильных экзотермических реакций, могущих выйти из-под контроля и ухудшить качество реза и всю заготовку.

Как правило, при толщине стали свыше 12 мм достаточно давления кислорода не более 1 бара. В то же время, в столь низком давлении кроется и потенциально возможное неприятное последствие: даже небольшие вариации давления в этом случае могут оказать заметное влияние на равномерность разреза. Для предотвращения этих нежелательных вариаций, следует использовать надежные редукторы-регуляторы давления.

Примеси в кислороде, в том числе и остаточный, недоудаленный из воздуха азот, замедляют окисление и, соответственно, скорость резки. Чем выше чистота кислорода, тем выше скорость резки лазером.

Резка в азоте

При резке некоторых металлов, таких как нержавеющие и высоколегированные стали, требуется не допускать даже малейших окислений срезов. В этих случаях в качестве газовой среды используются инертные газы, и, в первую очередь, азот.

Также, азот используется тогда, когда срезы впоследствии будут подвергаться окраске, в том числе и порошковой. Окисление срезов приводит к значительному ухудшению качества окраски.

При наличии высоких требований к точности резки азот может использоваться для обработки листов толщиной до 25 мм. При этом с увеличением толщины разрезаемого листа увеличивается и требующееся для выдувания расплавленного металла давление азота.

В противоположность кислороду, в котором не допускается наличие примесей в объеме более чем 0,002%, для лазерной резки может использоваться азот с чистотой начиная с 99,5%. Азот и другие инертные газы не вызывают экзотермических реакций – поэтому, при такой резке нужен мощный лазер, а азот должен быть сжат до довольно высокого давления (обычно, порядка 35 бар).

При использовании азота, фокус лазера должен находиться ближе к обратной поверхности листа. В результате, разрез получается более широким, и в него подается больше сжатого азота. Как правило, используются сопла с диаметром 1,5 мм или больше. Фокусное расстояние лазера при резке с кислородом меньше, и фокус луча должен обычно находиться на верхней стороне поверхности стали.

На схемах ниже представлены положения фокусов при резке кислородом и азотом.

Рис 1. Положение фокуса при резке в кислороде
Рис 2. Положение фокуса при резке в азоте

Специфика работы с азотом. Рекомендации

Окрашенные поверхности

Резка в кислороде окрашенных, например, цинковыми или железистыми красками, поверхностей может приводить к образованию окалины и других дефектов, создающих трудности при последующей газовой сварке. Для устранения подобных дефектов может потребоваться дорогостоящая финальная обработка. Резка в азоте позволяет изначально избегать их.

Гальванизированные поверхности

Обычно, не рекомендуется резать в кислороде оцинкованные и гальванически покрытые другими металлами поверхности, т.к., опять же, образуется окалина и, кроме того, срез может получиться неровным. Для резки листов с гальваническим покрытием значительно лучше подходит азот.

Нержавейка

Азот используют в процессе лазерной резки, когда окисление разрезаемого металла нежелательно. Если нержавеющую сталь разрезать лазером с подачей кислорода, ее сопротивляемость коррозии значительно понизится. При этом отметим, что для резки нержавеющей стали пригоден только очень чистый азот – даже самые малые количества кислорода приводят к потере свойств нержавейки. Это можно сразу определить по любой, даже самой небольшой потере цвета металла на срезах.

Алюминий

Для резки алюминия можно использовать как азот, так и кислород. Однако, кислород в данном случае не оказывает значительного влияния на скорость резки -из-за высокой (2072 оС) температуры плавления оксида алюминия. При этом, при разрыве оксидной пленки возможно образование неровностей среза. Иногда с этим борются путем резки под низким давлением, но она, в свою очередь, вызывает образование окалины. В целом, справедливо следующее:

– кислород предпочтителен для резки чистого Al;

– азот лучше использовать для резки сплавов.

Титан

Титан и титановые сплавы нельзя резать ни в кислороде, ни в азоте, т.к. эти газы адсорбируются поверхностью листа с образованием хрупкого, ломкого слоя. Для работы с титаном следует использовать высокоочищенный аргон или, иногда, гелий.

ИТОГ. Преимущества азота над кислородом

• бόльшая производительность за счет увеличения скорости резки

• чистые и точные срезы

• отсутствие перегрева из-за экзотермических реакций

• большая коррозионная стойкость

• меньшая цветопотеря

• отсутствие окалины