Wie lässt sich das Problem der Perforation dicker Platten mit Rückständen lösen, die das Schneiden beeinträchtigen?

Beim Laserschneiden dicker Bleche beeinträchtigt der durch die Perforation entstehende Rückstand (Schlacke) die Schnittqualität – ein häufiges, aber optimierbares Problem. Diese Rückstände entstehen üblicherweise durch unzureichende Energieregelung während des Perforationsprozesses, Fehlanpassungen der Gasparameter oder ungeeignete Prozessparameter. Im Folgenden werden Systemlösungen und Optimierungsempfehlungen vorgestellt:

Optimierung des Perforationsprozesses

1. Anwendung der progressiven Perforation (geschichtete Perforation)

• Bei dicken Blechen (z. B. > 15 mm) sollte auf eine einmalige Perforation mit hoher Spitzenleistung verzichtet werden. Stattdessen sollte eine schrittweise Leistungssteigerung oder eine segmentierte Perforation eingesetzt werden, um das Material allmählich zu durchdringen und das Spritzen von Schlacke zu reduzieren.
• Vorgehensweise: Stellen Sie in der Schneidesoftware den Parameter „segmentierte Perforation“ ein, heizen Sie zunächst mit niedrigerer Leistung vor und erhöhen Sie dann schrittweise die Leistung, um durchzudringen.

2. Passen Sie die Perforationsparameter an.

• Reduzierung der Spitzenleistung und Verlängerung der Perforationszeit:Verringerung des Spritzens von geschmolzenem Material durch kurzzeitige Energiestöße.
• Erhöhen Sie die Perforationsfrequenz (Tastverhältnis):Die Energieabgabe des Laserpulses wird so gesteuert, dass übermäßiges Schmelzen vermieden wird.
• Beispielhafte Parameterreferenz (am Beispiel von 20 mm Kohlenstoffstahl):
• Leistung: 1000-1500 W (je nach Gerätekapazität angepasst)
• Perforationszeit: 1,5-3 Sekunden
• Impulsfrequenz: 200-500 Hz
• Hilfsgasdruck: stufenweise Einstellung (siehe unten)

Hilfsgassteuerung

1. Optimierung von Gasart und -druck

• Kohlenstoffstahl: Sauerstoff (O₂) wird als Hilfsgas verwendet, der Druck muss jedoch kontrolliert werden. In der Perforationsphase kann zunächst ein niedrigerer Druck (0,5–1 bar) eingesetzt werden. Nach dem Durchbohren kann der Schneiddruck auf einen höheren Druck (1,5–2,5 bar) erhöht werden, um eine übermäßige Sauerstoffreaktion und damit eine große Schlackenbildung zu vermeiden.
• Edelstahl/legierter Stahl: Verwenden Sie Stickstoff (N₂) oder Luft, verwenden Sie mittleren und niedrigen Druck (6-10 bar) zum Durchstechen und wechseln Sie nach dem Durchstechen zum Hochdruckschneiden mit hochreinem Stickstoff.

2. Gasverzögerung und vorzeitige Abschaltung

• Gaswechsel vor Abschluss der Perforation: Umschalten auf die Gasparameter für das Schneiden, wenn der Durchbruch fast abgeschlossen ist, um das Wegblasen der Schlacke im Bohrloch zu erleichtern.
• Erhöhen Sie die Gasvorblaszeit: Blasen Sie 0,5-1 Sekunde vor der Perforation, um den Lochbereich zu reinigen und das umgebende Material abzukühlen.

Fokusposition und Düseneinstellung

1. Fokusposition

• Beim Perforieren sollte eine relativ negative Defokussierung (der Fokus liegt unterhalb der Plattenoberfläche) verwendet werden, um die Öffnung zu vergrößern und den Schlackenabfluss zu erleichtern. Beispielsweise kann bei 20 mm dickem Kohlenstoffstahl der Fokuspunkt 3–5 mm unter der Oberfläche liegen.
• Nach dem Eindringen den Fokus entsprechend den Schneidanforderungen auf die optimale Position einstellen.

2. Düsenwahl und -höhe

• Um die Gasabdeckung zu verbessern und den Schlackenaustrag zu fördern, sollten Düsen mit größerem Durchmesser (z. B. φ2,0-φ3,0 mm) verwendet werden.
• Achten Sie darauf, dass die Düsenhöhe moderat ist (üblicherweise 1,0-2,0 mm), um eine Gasdiffusion durch zu große Düsenhöhe und eine Beschädigung durch Sputtern durch zu kleine Düsenhöhe zu vermeiden.

Prozessablauf und Programmierkenntnisse

1. Vorgebohrtes Bleiloch

• Bei extrem dicken Platten (z. B. > 30 mm) können zunächst mechanisch Pilotlöcher mit kleinem Durchmesser gebohrt werden. Anschließend kann das Laserschneiden von den Pilotlöchern aus gestartet werden, um ein direktes Durchbohren zu vermeiden.

2. Perforationspunktversatz einstellen.

• Bei der Programmierung sollte der Perforationspunkt um 1-2 mm von der tatsächlichen Konturlinie abweichen. Anschließend sollte er sich beim Schneiden vom Versatzpunkt zur Konturlinie bewegen, um eine Ansammlung von Rückständen zu vermeiden.

3. Optimierung des Schnittpfads

• Spiralperforationen oder kreisförmige Schnittstartpunkte werden verwendet, um die Schlacke auf den nicht zu schneidenden Bereich zu verteilen.

Geräte- und Wartungsinspektion

1. Laserzustand

• Prüfen Sie, ob die Ausgangsleistung stabil ist, stellen Sie sicher, dass die Linse/der Schutzspiegel sauber ist, und vermeiden Sie unzureichende Perforation aufgrund von Energiedämpfung.

2. Gasreinheit und -durchfluss

• Stellen Sie die Reinheit des Gases (insbesondere Stickstoff/Sauerstoff) sicher und überprüfen Sie regelmäßig, ob der Gasweg verstopft ist oder ein Leck aufweist.

3. Die Düse ist mit der optischen Komponente ausgerichtet.

• Die Konzentrizität der Düse und des Laserstrahls muss regelmäßig kalibriert werden, um die Symmetrie des Gasstroms zu gewährleisten.

Materialien und Umweltfaktoren

1. Oberflächenbehandlung der Platte

• Um die Beteiligung von Verunreinigungen an der Reaktion zu verringern, sollten Rostschichten, Ölflecken oder Beschichtungen auf der Oberfläche der Platte vor dem Schneiden entfernt werden.

2. Plattenebenheit

• Achten Sie darauf, dass die Platte eben ist und vermeiden Sie Spalten, die zu Gasleckagen und Energiereflexionen führen können.

Empfehlung zum Parameter-Debugging-Prozess

1. Zuerst die anderen Parameter fixieren, dann schrittweise die Perforationszeit und die Leistung anpassen, die entstehende Schlackenmenge beobachten und den Gleichgewichtspunkt finden.

2. Die Optimierungsparameter erfassen und eine Prozessdatenbank für verschiedene Materialien/Dicken erstellen.

3. Prüfung und Verifizierung: Um sicherzustellen, dass die Schlacke vor dem eigentlichen Zerkleinern reduziert ist, werden mehrere Perforationstests am Abfallmaterial durchgeführt.

Zusammenfassung: Kurzer Überblick über die wichtigsten Punkte

Durch die oben beschriebene umfassende Anpassung lässt sich der Perforationsrückstand bei dicken Blechen deutlich reduzieren und die Schnittqualität sowie die Effizienz verbessern. Sollte das Problem weiterhin bestehen, empfiehlt es sich, den Gerätehersteller für Hardwaretests oder Prozessunterstützung zu kontaktieren.