Wie lassen sich beim Laserschneiden Durchstiche und Lunker vermeiden?

Durchlöcherungen und Lunker sind sehr häufige Probleme beim Laserschneiden und stellen zentrale Herausforderungen dar, die die Schnittqualität, die Prozesseffizienz und die Betriebssicherheit beeinträchtigen. Zunächst wollen wir zwei Begriffe klären:

Piercing:Bezeichnet das Verfahren, bei dem mit einem Laser ein erstes Loch in das Material eingebracht wird, bevor der eigentliche Schneidevorgang beginnt. Typische Probleme sind lange Durchdringungszeiten, geringe Effizienz und unvollständiges Durchdringen.

Schlüssellochöffnung:Ein unkontrollierter Zustand beim Durchstechen, der durch heftiges Spritzen von geschmolzenem Metall, reichlich Funken und Grate sowie mögliche Beschädigungen der Düse und der Linsen gekennzeichnet ist. Er tritt typischerweise beim Schneiden dickerer Bleche (insbesondere mit einer Sauerstoffflamme) oder spezieller Werkstoffe wie verzinktem Stahl auf.

Kernlösungsansatz: Ausgleich des Energieeintrags.

Ob es sich um Perforation oder Blowout handelt, die Ursache liegt in einem Ungleichgewicht der kurzzeitigen Wechselwirkung zwischen Laserenergie, Gas und Material. Der Schlüssel zur Lösung dieses Problems liegt in der Kontrolle statt in einem gewaltsamen Einwirken – das heißt, die Energie muss das Material gleichmäßig und allmählich durchdringen können, anstatt einen sofortigen Blowout zu verursachen.

Ckonventionelle Methoden zur Behebung ineffizienter/instabiler Perforation

1. Optimierung der Perforationsparameter (grundlegendste und direkteste Methode)

• Reduzieren Sie die Perforationsleistung: Verwenden Sie in der Anfangsphase eine geringere Leistung als die Schneidleistung, um eine übermäßige Wärmeentwicklung zu vermeiden.
• Verbesserung der Pulsfrequenz: Durch die Verwendung von Hochfrequenz-Pulsperforation wird die kontinuierliche Energie in eine Vielzahl kleiner Energiepakete zerlegt, sodass das Material Schicht für Schicht schmilzt, anstatt einer einmaligen Vergasungsexplosion.
• Passen Sie das Tastverhältnis an: Verringern Sie das Tastverhältnis (den Anteil der Zeit, in der der Laser „eingeschaltet“ ist), um die durchschnittliche Leistung weiter zu steuern.
• Verlängern Sie die Perforationszeit: Geben Sie der Schlacke genügend Zeit, weggeblasen zu werden und allmählich einzudringen.

2. Anwendung eines fortschrittlichen Perforationsverfahrens

Stufenperforation/progressive Perforation:Moderne Laserschneidmaschinen verfügen über diese Funktion.

• Erst niedrig, dann hoch: Zuerst mit niedriger Leistung und hoher Frequenz vorheizen und ein kleines Loch erzeugen, dann die Leistung schrittweise erhöhen oder die Parameter ändern, um das Loch zu vergrößern und einzudringen.
• Schichtweise Perforation: Bei dicken Platten werden mehrere Perforationshöhen eingestellt, wobei der Laserfokus in unterschiedlichen Tiefen bleibt, um Schicht für Schicht zu durchdringen.

Sprengperforation. Progressive Perforation:

• Explosionsperforation: Bei dünnen Blechen wird häufig das Stickstoffschneiden von Edelstahl verwendet, was schnell geht.
• Progressives Perforieren: Dieses Verfahren muss bei dicken Blechen, Kohlenstoffstahl oder speziellen sauerstoffhaltigen Werkstoffen angewendet werden, da es ein Bersten wirksam verhindern kann.

3. Gaskontrolle

• Der Perforationsdruck ist niedriger als der Schnittdruck: Für die Perforation wird ein niedrigerer Druck verwendet (beispielsweise wird beim Schneiden mit Sauerstoff der Perforationsdruck auf 50–70 % des Schnittdrucks eingestellt), um ein Bersten durch die heftige Verbrennung von Hochdrucksauerstoff zu verhindern. Nach erfolgreicher Perforation wird auf hohen Schnittdruck umgeschaltet.
• Vorzeitige Luftzufuhr und verzögerte Luftabschaltung:

4. Hilfsprozess

• Durchstechflüssigkeit aufsprühen: Das Aufsprühen einer speziellen explosionsgeschützten Lochflüssigkeit (oder gewöhnlicher Markerfarbe) auf die Perforationsstelle kann das Spritzen verhindern, und der Effekt ist bemerkenswert.
• Verwendung von Folie/Aufkleber: Bei spiegelndem Edelstahl, Aluminiumplatten usw. die Schutzfolie aufkleben und anschließend zuschneiden, kann die Reflexion reduziert und die Stabilität der Perforation verbessert werden.
• Schneiden vom Plattenrand: Wenn es der Prozess zulässt, versuchen Sie, vom Plattenrand aus zu schneiden, um eine Perforation vollständig zu vermeiden.

FFokus auf die Lösung des Problems der „platzenden Löcher“

Eine Punktion ist eine extreme Ausprägung einer unkontrollierten Perforation und erfordert eine gezieltere Vorgehensweise.

1. Feinjustierung der Parameter (für Sprenglöcher)

• Die Durchstoßkraft weiter reduzieren: Dies ist der effektivste erste Schritt.
• Die Pulsfrequenz deutlich erhöhen: Dadurch wird die Laserwirkung „weicher“.
• Die Perforationszeit deutlich verlängern: ausreichend Zeit für Energieableitung und Schlackenentfernung einplanen.
• Versuchen Sie, den Fokus anzuheben: Stellen Sie die Fokusposition der Perforation 0,5-2 mm über der Oberfläche des Materials ein (der genaue Wert muss getestet werden), damit der Strahldurchmesser etwas größer wird, die Energiedichte reduziert wird und ein leichtes „Sprengen“ vermieden wird.

2. Optimierung der Gasstrategie

• Prüfen Sie, ob der Luftdruck in der Perforation abgenommen hat.
• Bei verzinkten und beschichteten Blechen: Verwenden Sie zum Perforieren Stickstoff oder Luft und wechseln Sie (falls erforderlich) nach Abschluss des Perforierens zum Sauerstoffschneiden. Sauerstoff reagiert heftig mit der Zinkschicht und verursacht ein Loch.
• Gasreinheit sicherstellen: Die Sauerstoffreinheit muss über 99,95 % liegen, Verunreinigungen würden den Prozess stören.

3. Material- und Prozessanpassung

• Behandlung von verzinktem/beschichtetem Blech: Dieser Bereich ist am stärksten von Sprenglöchern betroffen. Zusätzlich zu den oben genannten Gasmethoden können Sie auch Folgendes tun:
• Bei der Programmierung wird der Perforationspunkt in einem Bereich ohne oder mit geringer Beschichtung festgelegt (z. B. am Rand des Blechs, dem Bereich, an dem die Beschichtung zuerst abgeschnitten wird).
• Sofern die Bedingungen es zulassen, sollten die Perforationsstellen vorbehandelt werden (z. B. durch leichtes Abschleifen der Beschichtung).
• Beim Sauerstoffschneiden dicker Bleche ist eine progressive Perforation erforderlich, und es muss die Kombination „niedrige Leistung – lange Zeit“ verwendet werden.

SCheckliste für systematische Inspektion und Prävention

Bei Problemen gehen Sie zur Fehlerbehebung in dieser Reihenfolge vor:

Abschließende Sicherheitstipps

Im Falle eines schwerwiegenden Berstens den Betrieb sofort einstellen und Folgendes überprüfen:

1. Schützen Sie die Linse:Ist es verunreinigt oder beschädigt? Dies ist der häufigste Verlust.

2. Düse:Ist es durch Schlacke verstopft oder beschädigt? Muss ersetzt werden

3. Im Inneren des Schneidkopfes:Sind Spritzrückstände vorhanden? Eine professionelle Reinigung ist erforderlich.

Zusammenfassend lässt sich das Problem der Durchstoßbearbeitung wie folgt lösen: Für unterschiedliche Materialien (insbesondere verzinktes Blech) sollte man von der Einheitsmethode absehen und stattdessen eine schonende, schrittweise Durchstoßstrategie anwenden. Dabei wird der untere Durchstoßdruck individuell angepasst. Ausgehend von den Standardprozessen der Anlage lassen sich durch gezielte Parameterprüfung und -optimierung in kleinen Schritten die optimalen Parameter für die am besten geeigneten Materialien ermitteln.