Wie erzielt man eine helle, polierte Schneide beim Laserschneiden von Stahlplatten?

Um beim Laserschneiden von Stahlplatten (typischerweise Kohlenstoffstahl) eine oxidfreie, hochreflektierende Schnittfläche (bekannt als „Blankschnitt“) zu erzielen, ist es entscheidend, die Oxidation während des Schneidprozesses vollständig zu verhindern.und um fein abgestimmte Schnittparameter zu verwenden, die das geschmolzene Material vollständig abführen. Herkömmliches Luftschneiden erzeugt eine raue, graue Oberfläche mit einer Oxidschicht. Um eine glatte Schnittfläche zu erzielen, beachten Sie folgende wichtige Schritte und Prinzipien:

Kernprinzip

Das Wesen des Blankschneidens besteht im „Schmelzschneiden“ und nicht im „Oxidationsschneiden“.

Oxidationsschneiden (normale Luft): Bei Verwendung von Sauerstoff als Hilfsgas kommt es zu einer intensiven exothermen Reaktion (Verbrennung) zwischen Eisen und Sauerstoff, wodurch eine große Menge Eisenoxidschlacke entsteht. Die Schnittoberfläche ist rau und grauschwarz.

Schmelzschneiden (Hochglanzschneiden): Hierbei wird hochreiner Stickstoff (N₂) oder Argon (Ar) als Hilfsgas verwendet. Das Inertgas wird vom Sauerstoff getrennt, der Laser schmilzt ausschließlich das Metall, und das unter hohem Druck stehende Gas bläst die reine Metalllösung ab, um eine silberglänzende, oxidationsfreie Oberfläche zu erhalten.

Wichtige Elemente und Schritte zum Erreichen einer glänzenden Oberfläche beim Schneiden

1. Hilfsgas: Es muss hochreiner Stickstoff verwendet werden.

• Reinheitsanforderungen: ≥ 99,99 % (üblicherweise 99,99 % oder höher). Unzureichende Reinheit kann zu Spurenoxidation führen und die Oberflächenbeschaffenheit beeinträchtigen.
• Druckanforderungen: sehr hoch. Abhängig von der Plattendicke ist üblicherweise ein stabiler Druck von 15–20 bar (ca. 1,5–2,0 MPa) oder sogar höher erforderlich. Dafür wird ein Flüssigstickstofftank mit großem Durchfluss oder ein Stickstoffgenerator benötigt; ein herkömmlicher Luftkompressor reicht nicht aus.
• Funktion: Wegblasen von geschmolzenem Metall, Kühlen der Schnittfuge, Isolierung von Sauerstoff.

2. Laserleistung und -modus: Hohe Leistung und hohe Strahlqualität erforderlich

• Leistungsbedarf: Für das Schneiden von blanken Oberflächen ist in der Regel eine höhere Laserleistung erforderlich. Beispielsweise ist das Schneiden einer 6 mm dicken Kohlenstoffstahlplatte mit einem 4000-W-Laser einfacher und effektiver als das Schneiden von herkömmlichen Platten gleicher Dicke. Unzureichende Leistung führt zu einer zu geringen Schnittgeschwindigkeit und Wärmeentwicklung, was die Schnittqualität beeinträchtigt.
• Strahlqualität: Einmodenlaser oder Quasi-Einmodenlaser bieten aufgrund ihrer konzentrierteren Energiedichte und des kleineren Fokus beim Schneiden heller Oberflächen gegenüber Mehrmodenlasern inhärente Vorteile und ermöglichen die Erzielung eines feineren, helleren Schnitts.

3. Schnittparameter: Feineinstellung

Folgende Parameter müssen entsprechend der Ausrüstung und den Gasbedingungen fein optimiert werden:

• Schnittgeschwindigkeit: Im Vergleich zum Sauerstoffschneiden wird die Geschwindigkeit deutlich reduziert. Ist die Geschwindigkeit zu hoch, wird die Schmelze nicht vollständig abgeführt, und es bleiben Schlackenreste auf der Rückseite zurück; ist sie zu niedrig, wird zu viel Wärme eingebracht, und das Blech kann überhitzen und sich verfärben.

Düsenauswahl und -höhe:

• Düsendurchmesser: Um dem hohen Druck und dem großen Stickstoffdurchfluss gerecht zu werden und sicherzustellen, dass der Luftstrom stabil ist und den gesamten Schlitz abdeckt, wählt man üblicherweise einen größeren Düsendurchmesser (z. B. φ3 mm oder φ4 mm).
• Düsenhöhe: Sie muss präzise gesteuert werden und ist im Allgemeinen etwas höher als beim Schneiden mit Sauerstoff, um einen guten Luftschleierschutz zu gewährleisten.
• Fokusposition: Der Fokus wird üblicherweise auf der Oberfläche der Platte oder etwas darunter eingestellt. Die optimale Position muss experimentell ermittelt werden, um den schmalsten und hellsten Spalt zu erhalten.
• Spitzenleistungs-/Frequenzmodulation: Bei einigen dickeren Platten hilft die Verwendung eines geeigneten Impulsschneidmodus, die Wärmezufuhr zu steuern, um einen besseren Glanzeffekt auf der Oberfläche zu erzielen.

4. Anforderungen des Vorstands

• Oberflächenreinigung: Öl, Rost und Beschichtungen auf der Plattenoberfläche beeinträchtigen die Schneidleistung und sollten daher vorher entfernt werden.
• Gleichmäßiges Material: Ungleichmäßiges Material führt zu uneinheitlichen Glitzereffekten.

Zusammenfassung des Betriebsprozesses

1. Vorbereitung:Verwenden Sie unbedingt hochreinen Stickstoff und ein Hochdruck-Gasversorgungssystem. Reinigen Sie die Blechoberfläche.

2. Düse auswählen:Installieren Sie eine Düse mit großem Durchmesser, die für das Stickstoff-Hochdruckschneiden geeignet ist (z. B. φ3mm).

3. Einstellen der Parameter:Wählen Sie in der Schneidsteuerungssoftware den Modus „Stickstoffschneiden“ oder „Blankschneiden“. Geben Sie das Blechmaterial (Kohlenstoffstahl) und die Dicke ein.

4. Wichtige Bezugspunkte für die Justierung:

• Als Hilfsgas wurde N2 eingestellt.
• Der Gasdruck wird auf den Hochdruckbereich eingestellt (z. B. für 6 mm Kohlenstoffstahl, versuchen Sie es zunächst mit 18 bar).
• Die Schnittgeschwindigkeit deutlich reduzieren (möglicherweise Sauerstoffschneiden mit einer Schnittgeschwindigkeit von 1/3 bis 1/2).
• Stellen Sie Fokus und Düsenhöhe entsprechend ein.

5. Probeschnitt und Optimierung:Verwenden Sie zunächst kleine Grafiken oder Restkanten für Probeschnitte. Beobachtungsabschnitt:

• Ist der obere Teil hell, so ist der untere Teil mit schwarzem Staub oder hängenden Schlacken bedeckt: Möglicherweise ist die Luftgeschwindigkeit zu hoch oder der Luftdruck unzureichend.
• Wenn der gesamte Bereich gelb oder oxidiert ist: ist die Reinheit des Stickstoffs nicht ausreichend oder der Druck zu niedrig, und es ist Sauerstoff beigemischt.
• Wenn der Schnitt nicht transparent ist oder die Schlacke stark anhaftet: unzureichende Leistung, zu hohe Geschwindigkeit oder falsche Fokusposition.

6. Formeller Schnitt:nach Abschluss der Parameteroptimierung, der formale Schnitt.

Überlegungen und Einschränkungen

• Höhere Kosten:Es wird eine große Menge hochreiner Stickstoff verbraucht, die Schnittgeschwindigkeit ist gering und die Stückkosten sind viel höher als beim Sauerstoffschneiden.
• Dickenbegrenzung:Der Glanzeffekt nimmt mit zunehmender Dicke ab. Am besten funktioniert das Verfahren in der Regel bei mittelstarken und dünnen Kohlenstoffstahlplatten (1–12 mm). Überschreitet die Plattendicke die Kapazität des Geräts, lässt sich keine perfekte Glanzoberfläche mehr erzielen.
• Ausrüstungsanforderungen:Die Anforderungen an Laserleistung, Strahlqualität, Maschinenstabilität und Gasversorgungssystem sind höher.
• Hauptanwendung:Wird verwendet, um die Anforderungen an die Oberflächenbeschaffenheit, das Schweißen und die Spritzlackierung von Werkstücken wie Aufzugsverkleidungen, Präzisionsmechanikteilen, Oberflächenteilen usw. zu erfüllen und so einen nachfolgenden Schleifprozess zu vermeiden.

Um die helle Oberfläche zu entfernen, sollten Sie sich einfach drei Dinge merken: hohen Druck und hochreinen Stickstoff, hohe Leistung und guten Strahl sowie niedrige Geschwindigkeit und Feinabstimmung der Parameter.Es wird empfohlen, vom Gerätehersteller eine Basisparametertabelle für ein bestimmtes Modell und eine bestimmte Dicke zu erhalten und diese als Grundlage für die Feinabstimmung vor Ort zu verwenden.