🟢 Сопло и давление

Загружаем…

Сопло — это насадка конусной формы, имеющая канал для направленного прохождения лазерного луча. Диаметр отверстия сопла зависит от толщины и плотности обрабатываемой поверхности.

Непосредственно на сопло замыкается контакт датчика слежения (чаще всего через керамический изолятор). Последний формирует сигналы, позволяющие выдерживать при работе заданное расстояние между соплом и поверхностью заготовки.

Материалы для изготовления сопел

Для производства сопел используется медь, которая хорошо рассеивает тепло и сохраняет ёмкостные характеристики при высоких температурах. Нередко на изделия наносят хромовое покрытие, которое предотвращает налипание на поверхность сопла раскалённых капель металла, выдуваемых из зоны реза. Из-за налипания нарушается оптимальное расстояние от сопла до поверхности обрабатываемого материала, поэтому сопла без хромового покрытия приходится чаще заменять.

Типы конструкции сопел

Одинарные (однослойные) сопла используют для подачи азота и инертных газов, применяемых при резке нержавеющих и других высоколегированных сталей, алюминия, титана, цинка, латуни.
Двойные (двухслойные) сопла используют в процессе кислородной резки низколегированных сталей. Внутри сопла находится вставка, обеспечивающая подачу двух разных газов. Внутренний поток газа представляет собой чистый кислород (99,999 %), а внешний поток газа защищает кислородную струю от атмосферного воздуха. Защита необходима, поскольку примеси воздуха изменяют оптимальные параметры горения и, следовательно, рабочие характеристики станка.

Выбор величины диаметра проходного отверстия

Сопла подбирают обратно пропорционально создаваемому давлению.

Диаметр выходного отверстия выбирают в зависимости от толщины разрезаемого металла. С увеличением толщины материала увеличивается и диаметр отверстия в сопле.

Диаметр выходного отверстия влияет также на площадь сечения газового потока, скорость и форму потока газа. Чем больше диаметр, тем выше данные показатели, тем эффективнее удаляется расплав и быстрее происходит процесс резки.

Рассматривать конкретные цифры (диаметр сопла) не имеет смысла, так как в каждом конкретном случае у вас будут свои значения, определяемые мощностью, фокусным расстоянием, расстоянием зазора и иными параметрами.

Малейший подсос атмосферного воздуха или иных газов приводит к изменению параметров горения и, соответственно, рабочих характеристик станка. Поэтому внешний слой газов является своеобразным защитным «кожухом» для внутреннего газового столба.

Функции сопла

При правильной центровке выходного отверстия относительно лазерного луча сопло выполняет следующие функции:

Защищает линзы от пыли, брызг, иных посторонних примесей; направляет лазерный луч в точно заданную область реза.
Подача к зоне реза рабочих газов с регулировкой расхода. При этом повышается качество кромок и исключается возникновение наплывов.
Обеспечивает соосность газовой струи и лазерного луча.
Выдувает из зоны реза расплав, который образуется при нагревании металла лазерным лучом до температуры плавления.
Кислород вступает в реакцию окисления с металлом, нагретым лазерным лучом. При этом выделяется тепло, которое повышает температуру в зоне реза. Это позволяет увеличить скорость резки и толщину разрезаемого листа.
Азот и инертные газы (аргон, гелий) вытесняют из зоны реза атмосферный воздух, который содержит кислород. Это позволяет избежать окисления разрезаемого материала. Кромки разреза остаются чистыми и гладкими, что исключает необходимость механического удаления окалины.
Охлаждает кромки разреза, препятствуя возникновению тепловых деформаций материала.

Отдельные версии сопел имеют хромовое покрытие. Его задача — исключить вероятность налипания выдуваемых из зоны реза капель расплава.

Сопло является одним из расходных элементов лазерного станка. Эта деталь используется в конструкции лазерной головки для исключения резкого окисления или подгорания нагретых поверхностей.

Вспомогательный газ

Вспомогательный газ распыляется коаксиально с лазерным лучом, чтобы защитить линзу от загрязнения и попадания раскалённых брызг, в некоторых случаях — если это кислород — вступить в реакцию с металлом и сдуть расплавленный шлак в нижней части зоны резки; в случае с нержавеющей сталью — охладить металл и выдуть его.

Давление газа

Давление вспомогательного газа влияет на эффект продувки шлака и, таким образом, влияет на качество конечной лазерной резки.

Для разных металлических материалов требуется разное оптимальное давление газа. Если давление газа слишком низкое, расплавленный материал не может выдуваться вовремя и будет прилипать к тыльной стороне режущей кромки.

Если давление газа слишком высокое, это ослабит режущую способность лазерного луча, сделав прорезь больше и грубее.

Влияние вспомогательного газа на перфорацию

При низком давлении газа сложнее выполнить перфорацию, и время работы увеличивается.
При слишком высоком давлении газа точка проникновения расплавится и образуется большая точка плавления.

Поэтому давление газа при перфорации тонкой пластины выше, чем толстой.

Геометрия сопла

Очень важными факторами лазерной резки являются давление газа и расстояние от металла до сопла — эти параметры влияют на качество резки.

Колебание градиента давления и поперечной силы на фронт обработки оказывает вредное влияние на способность удаления шлака газовой струёй — это приводит к ухудшению качества резки.

Пару раз в день проверяйте геометрию сопла; при деформации немедленно замените сопло. Напоминаем: сопло является расходником.

Типы сопел

ТИП A «Юбка». Стандартная насадка с усечённым конусом. Своё наименование получила за визуальную схожесть с женской юбкой. Плохо подходит для резки близкорасположенных контуров (наползает на соседнюю кромку). К преимуществам относится существенно большее время, которое имеется у датчика для предотвращения вероятного удара сопла о кромку реза заготовки.
ТИП B «Сомбреро». Своё наименование получила за визуальную схожесть с этим мексиканским головным убором. Конусная часть имеет увеличенную высоту и малые углы наклона боковых граней. Отлично подходит для резки близкорасположенных контуров (не наползает на соседнюю кромку). К недостаткам относится существенно меньшее время, которое имеется у датчика для предотвращения вероятного удара сопла о кромку реза заготовки. Это может привести к повреждению покрытия или керамического кольца.
ТИП C «Сомбреро-парабола» (полусомбреро), высокоскоростные. Сомбреро с параболическими стенками — модификация формы «сомбреро», конструктивные особенности которой дают возможность плавно «обтекать» препятствия и избегать столкновения с кромкой реза. Высокоскоростные сопла являются средним вариантом между классическими соплами и сомбреро. Благодаря параболической форме у датчика слежения есть больше времени на реагирование. Как и в случае с сомбреро, высокоскоростные сопла позволяют резать детали, чьи контуры расположены близко, но в сравнении с сомбреро показывают себя хуже.
ТИП D «Сомбреро-стрела». Сопло с закруглённой вершиной, подойдёт для заготовок толщиной до 0,3 мм. Этот тип сопла не тянет за собой лист металла первые несколько миллиметров после отвода, в отличие от плоскоголового варианта, и точность реза остаётся на прежнем уровне. Данная форма позволяет избежать «прилипания» листа к соплу во время подъёма лазерной головки.

Сопла типа «сомбреро» в основном используются в станках мощностью выше 4 кВт. Но динамика экономии материала ведёт к использованию данного типа на станках мощностью выше 1 кВт.

Посадочная грань сопла

У всех перечисленных видов сопел посадочная грань в сечении может иметь форму шестигранника или круга. Шестигранные модели можно использовать на станках с автоматической сменой сопел. При отсутствии автоматики подойдёт и та, и другая форма посадочной грани.

Важно понимать, что каждая форма имеет свои недостатки и преимущества.

Применение сопла правильной формы позволит избежать повреждения керамики, смещения листа металла, уменьшения эффективности резки и снижения качества реза.