El corte por láser se introdujo en el mercado hace dos décadas y ya es aclamado como la tecnología de vanguardia que cambió el corte de materiales en numerosas industrias. Es una tecnología fascinante que sigue evolucionando cada día. Conocer los parámetros implicados en un funcionamiento óptimo es fundamental para comprender mejor sus aplicaciones y usos.
Esta guía detallada lo guiará a través de todos los parámetros cruciales del sistema láser y su importancia en el procesamiento de la máquina. También ampliaremos cómo puede optimizar cada parámetro para su beneficio y ampliar su negocio.
¿Qué es el corte por láser?
Corte por láser Es la tecnología de corte más reciente y predominante. Utiliza un de alta potencia, rayo láser enfocado para cortar material fundiéndolo y vaporizándolo en el borde de corte. Los residuos resultantes se eliminan con un soplador. gas de reacción durante el proceso o mecanizados y limpiados después de la operación.
El corte por láser está tomando ahora la delantera en muchos procesos de fabricación industrial debido a su excelente eficiencia, rentabilidad, resultados precisos, y la capacidad de procesar diversos con el medio ambiente con espesores variables.
Hay tres tipos principales de corte por láser: Láser de CO2, láser de neodimio (Nd) y neodimio itrio-aluminio-granate (láser Nd:YAG), y Corte por láser de fibra. A medida que avanza la tecnología, el corte por láser está a la par con el corte por plasma en muchos frentes.
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¿Cuáles son los parámetros del corte por láser?
Como con cualquier tecnología, comprender y establecer parámetros es crucial para determinar la calidad del producto. Para que la tecnología de corte láser procese diseños con diferentes complejidades, sus capacidades de corte deben ser lo suficientemente flexibles. Aquí es donde entran en juego los parámetros. Ajustar y optimizar los parámetros abre la puerta a miles de aplicaciones en el... militar, servicios y otras industrias.
Los parámetros del láser incluyen calidad de corte por láser, polarización del haz, longitud de onda, potencia e intensidad, velocidad de corte, gas de procesamiento, punto focal y especificaciones de materiales.
Importancia de los parámetros de corte por láser
El corte por láser depende de la optimización de varios Parámetros que afectan directa o indirectamente la calidad del producto., contribuyendo en última instancia a las ganancias de una empresa.
Una fábrica experimentó una tasa de desperdicio del 22 % y una caída de eficiencia del 35 % durante dos días consecutivos al utilizar un láser de 3 kW para cortar acero inoxidable de 6 mm. El problema se debió principalmente a la baja presión del gas auxiliar (nitrógeno 1.6 MPa), enfoque negativo excesivo (-0.5mm) y un tamaño de boquilla inadecuado (φ2.0). Después de la optimización, la tasa de desperdicio disminuyó a 1.8%, la velocidad de corte aumentado en 55% a 1.7 m/minEl consumo de nitrógeno disminuyó un 18 %. La calidad de la superficie del corte final se restauró a un acabado liso y blanco plateado, y la producción se completó según lo previsto.
En pocas palabras, los parámetros de corte por láser son importantes para determinar la calidad del corte. Definen el material procesado. vida del material y rendimiento de corte En la aplicación correspondiente. Los parámetros se pueden ajustar al trabajar con diferentes materiales y diseños. Por lo tanto, los parámetros de la máquina definen en última instancia qué materiales puede procesar y a qué nivel de... precisión y la exactitud.
Entremos en los parámetros más importantes que determinan la calidad del filo y la tamaño de corte (el ancho de la ranura o hendidura formada durante el corte) del material procesado.
7 parámetros cruciales del corte por láser
Primero, discutiremos parámetros del haz que cubren las cualidades del haz en la operación del láser, como el tipo de haz, la longitud de onda, la polarización del haz y la potencia e intensidad del haz.
En segundo lugar, entraremos en parámetros de proceso que incluyen la velocidad de corte, la distancia focal, la posición focal relativa a la superficie, el gas auxiliar y la presión del gas. Podemos ajustar los parámetros del proceso para lograr la calidad de corte deseada.
1. Longitud de onda del láser
Los tres tipos de láseres de corte por láser, CO2, cristal y fibra, utilizan diferentes materiales base para producir láseres con diferentes longitudes de onda.
Cada material absorbe y refleja diferente longitudes de onda, por lo que elegir el láser adecuado para su pieza de trabajo es el primer paso crucial.
Corte por láser de CO2: En la pantalla Cortadora láser de CO2, la electricidad pasa a través de una cámara de gas llena de dióxido de carbono, helio, hidrógeno y nitrógeno. El espejo al final de este tubo enfoca los rayos láser en un solo punto. Los láseres de CO2 caen en la región "infrarroja" o invisible del espectro de longitud de onda (0.6 µm).
A temperatura ambiente, largas longitudes de onda infrarrojas, como los láseres de CO2, se reflejan en las superficies brillantes del aluminio, el oro, la plata y el cobre. Mientras que el acero puede absorber hasta el 10% de la energía del láser. El corte por láser de CO2 no es adecuado para cortar superficies reflectantes y conductoras, pero es perfecto para materiales aislantes como madera, papel y plásticos.
Corte por láser de cristal: Granate de neodimio, itrio y aluminio (Nd: YAG) Los rayos láser se encuentran en el rango más corto de las radiaciones infrarrojas (1.06μm) que absorben mejor en metales reflectantes. Los láseres Nd:YAG de alta potencia pueden cortar superficies metálicas y no metálicas y, en algunos casos, incluso procesar cerámica.
Una cosa que hay que entender es que ambas cosas Láser de CO2 y Nd: láseres YAG A altas intensidades de potencia, se puede superar la reflectividad y procesar una gama más amplia de materiales. Esto también se puede lograr modificando parámetros externos, como el calentamiento del material a cortar.
Corte por láser de fibra: Láser de fibra Provienen de vidrio de sílice y metales de tierras raras. Con una longitud de onda de 1.064μm, los láseres de fibra tienen una potencia de haz mucho mayor y un diámetro focal estrecho, lo que los hace superiores a los haces de CO2 y de cristal en muchos aspectos. A Máquina de corte por láser de fibra Es versátil y puede manipular metales, no metales, vidrio y otros materiales aislantes. También tiene soluciones para metales reflectantes.
2. Potencia e intensidad del láser
potencia del láser y la intensidad del láser a menudo se usan juntos y a veces indistintamente, pero significan cosas diferentes.
La cantidad de energía emitida por segundo se llama potencia del láser. Al mismo tiempo, la intensidad del láser es la potencia dividida por la unidad de área del material. No confunda un haz de alta potencia con un haz de alta intensidad. La intensidad depende del ancho del punto focal.cuanto más estrecho sea el rayo láser, mayor será la intensidad del láser.
Los rayos láser de baja potencia se reflejan en las superficies de los metales. Para materiales más gruesos, necesita haces de alta potencia que puedan penetrar más profundo y más rápido en el material.
Un rayo láser de alta intensidad dirigido con nitidez a un diámetro pequeño y enfocado es perfecto para obtener una filo de corte de alta calidad y ancho de corte pequeñoAdemás, el láser de alta intensidad calienta rápidamente un área pequeña, reduce la formación de rebabas, y mejora la velocidad de corte, dejando poco o ningún tiempo para que el material se derrita alrededor de los bordes y forme escoria (el metal resolidificado residual que no se elimina por completo de la ranura).
Al igual que los haces de alta potencia, los haces de alta intensidad pueden cortar materiales más gruesos de manera más eficiente que los haces de baja intensidad.
Tenga en cuenta que la potencia y la intensidad del haz deben optimizarse según el punto de fusión y espesor del material de procesamientoPor ejemplo, una potencia de luz muy alta puede resultar en mayor disipación de calor alrededor de los bordes del corte y, en consecuencia, un ancho de corte mayor.
3. Polarización del haz
La reflectividad de la luz láser sobre la superficie fundida del material cortado depende de la polarización del haz, que es la orientación del campo eléctrico con respecto a la dirección de propagación.
Dependiendo de la orientación del campo, existe polarización plana, circular, elíptica y aleatoria. Cada una de estas es se nutre y reflejado de manera diferente La superficie. La polarización circular da como resultado un ancho de corte uniforme en lugar de polarizaciones elípticas o lineales que producen variaciones en las inclinaciones de corte.
La polarización del haz afecta la calidad del corte, dependiendo de la superficie de polarización y dirección de cortePuedes entenderlo mejor en la figura a continuación. Obtenemos un ancho de corte más pequeño cuando el corte se realiza en la dirección de polarización (a), en comparación con el corte a 90 grados de la polarización (c).
4. Posición focal en relación con la superficie de la pieza de trabajo
El ajuste focal (también llamado desplazamiento z) permite aprovechar al máximo la potencia del láser para cortar material. Si la distancia focal es demasiado baja o demasiado alta, No cortará el material de manera efectiva porque las reducción de la densidad energética. Y si tu haz está desenfocado, no cortará nada.
Lo ideal es que el punto de enfoque esté en el centro del espesor del material para que el láser no forme una borde de corte cónico y cortar la pieza de trabajo de forma desigual de arriba a abajoSin embargo, es posible que necesite aumentar o disminuir la posición focal en otras aplicaciones como el grabado láser.
La distancia focal se determina según la espesor del materialUna distancia focal corta para una pieza de trabajo delgada (menos de 4mm) corta el material de forma eficaz y uniforme. Para materiales más gruesos, se necesita una mayor distancia focal y una mayor profundidad focal para penetrar profundamente y lograr un borde de corte uniforme.
Una distancia focal más corta da como resultado un tamaño de punto y una profundidad focal más pequeños. Mientras que una distancia focal más larga significa un tamaño de punto ligeramente mayor y una profundidad focal más larga. Pero, hoy en día, las tecnologías más nuevas nos permiten mantener el tamaño del punto pequeño mientras aumentamos la distancia focal.
En general, la posición focal debe mantenerse constante durante todo el procesamiento de un material.
La posición focal también depende de la forma del haz láser, el modo, la contaminación de la lente y la temperatura del agua de refrigeración. Todos estos parámetros... definir la calidad de la pieza cortada final.
5. Velocidad de corte por láser
velocidad de corte es otro parámetro láser importante y se optimiza según el espesor de la pieza de trabajo.
La velocidad de corte está relacionada con pérdidas de energía durante el proceso. Mayor velocidad Significa menor pérdida de energía y un funcionamiento más eficiente. Velocidad lenta conduce a mayores pérdidas de energía y, como resultado, a un procedimiento ineficiente.
Para obtener más detalles sobre cómo diseñar y realizar los esfuerzos de seguimiento y evaluación, refierase a la figura a continuación para comprender mejor cómo cambia la velocidad de corte con el espesor de un material.
Una velocidad de corte lenta da como resultado escoria y quema del material, resultando una zona afectada por el calor (ZAT) más grandeEn comparación, una alta velocidad de corte puede causar estrías en el filo. Es recomendable encontrar el equilibrio perfecto entre la velocidad de corte y la potencia del láser para procesar un material específico.
6. Gases auxiliares y presión de gas.
El gas auxiliarEl material utilizado en el corte por láser juega un papel crucial en la eliminación de escoria de la ranura y tiene un impacto significativo. velocidad de corte, calidad del borde y la vida útil de la lente láser. Generalmente, la velocidad de corte es directamente proporcional a la potencia del láser; Resultados de mayor potencia láser in velocidades de corte más rápidas, y viceversa.
El propósito principal del gas de asistencia es eliminar el metal fundido de los bordes y proteger los componentes ópticos de cualquier daño durante el procesamiento. El gas también enfría el material para evitar una ZAT mayor.
El nitrógeno, el argón, el aire comprimido y el oxígeno son los más ctipos comunes de gases de asistenciaCada tipo tiene sus ventajas, desventajas y aplicaciones. La elección del gas y la presión determinan en última instancia la calidad de los filos de corte.
Nitrógeno (inerte) El gas se utiliza habitualmente al procesar aceros inoxidables, aleaciones de aluminio y níquel, y aceros de alta aleación. El gas nitrógeno a mayor presión proporciona un soporte mecánico adicional para eliminar el material fundido residual de la superficie.
El oxígeno es un gas activo que inicia una Reacción exotérmica y ayuda a cortar materiales más gruesos. El corte con oxígeno forma una capa oxidante en el acero dulce y el acero al carbono, tanto beneficiosa como perjudicial para la pieza de trabajo. Beneficiosa porque los óxidos...aumentar la tasa de absorción y derretir el material más rápido, lo que mejora la velocidad de corte. Y es perjudicial porque las capas de óxido crean defectos y afectan el posprocesamiento del material.
¿Quiere saber cómo elegir nitrógeno u oxígeno? Lea nuestra publicación.
El aire comprimido es la opción más barata de todos los gases auxiliares, pero sus usos son limitados.
7. Diámetro de la boquilla y distancia de separación
El boquilla Transporta el gas de asistencia y es coaxial al rayo laser. Es responsable de proporcionar el gas de asistencia a la región de corte y estabilizar la presión en la superficie para minimizar las salpicaduras de metal fundidoEl diámetro de la boquilla es un parámetro importante a seleccionar según el tipo y espesor del material.
La distancia de separación es la distancia entre la boquilla y la pieza de trabajo. Determina el patrón de flujo de gas y, en última instancia, la calidad del corte. Las grandes distancias de separación a menudo resultan en altas turbulencias y variaciones de presión. Se recomienda mantener la distancia. no más de 1 mm. Además, la distancia debe ser menor que el diámetro de la boquilla.
La desalineación de la boquilla puede provocar defectos no deseados, quemaduras por corte y escoria que puede ser perjudicial para la calidad del corte. Es imperativo tener el diámetro de la boquilla completamente alineado con el rayo láser para evitar el flujo de gas direccional a través de la superficie del material.
La calidad del corte por láser depende de un equilibrio del sistema parámetros básicos como potencia, enfoque, velocidad, gas y boquilla. longitud de onda láser determina el tasa de absorción básica, lo que requiere adaptación al material mediante otros parámetros. Necesidades de potencia coincidencia precisa para evitar una superficie de corte áspera; posición de enfoque es crucial: un enfoque negativo (-0.1 a -0.5 mm) es adecuado para el corte con nitrógeno de acero inoxidable, mientras que un enfoque positivo (+0.2 a +1 mm) se utiliza para el corte con oxígeno de acero al carbono.
La velocidad de corte debe coordinarse con el caudal de gas para controlar la entrada de calor y evitar la formación de escoria. Se requiere nitrógeno a alta presión para gases auxiliares, como los utilizados para cortar acero inoxidable, mientras que el diámetro, la coaxialidad y la altura de la boquilla... garantizar colectivamente un flujo de aire estable y calidad de corteEstos parámetros están interrelacionados y determinan conjuntamente eficiencia de corte y terminó Calidad del producto.
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¿Cómo se configuran los parámetros en una máquina de corte por láser?
Muchas máquinas de corte láser más recientes tienen parámetros predefinidos para diversos materiales en la base de datos del software. Estos valores predeterminados para los parámetros son tratado y probado por la empresa y se puede implementar automáticamente. Esto puede reducir su carga de trabajo y facilitar el procesamiento. Sin embargo, si necesita ligeras alteracionesPuede editar e ingresar manualmente sus parámetros de corte en el software que controla la máquina de corte por láser.
Si necesita configurar sus parámetros desde cero, la regla general es comenzar con alta velocidad y bajo consumo de energía para grabar y cortar el material. Al comenzar el trabajo, el software puede cambiar los parámetros Para lograr el mejor resultado, puede modificar los parámetros mientras corta una pieza de prueba para lograr un borde de corte perfecto y sin rebabas.
El El operador debe estar capacitado Para lidiar con cualquier complicación durante el proceso. Por ejemplo, debe conocer las consecuencias de aumentar o disminuir la velocidad de corte, presion del gas y potencia del laserLa relación entre cómo los parámetros del láser interactúan con el material es primordial.
He aquí un ejemplo: cuando el operador vio que aparecían rebabas en el acero inoxidable, redujo por error la velocidad de corte y Intenté ajustar el gas. Esto causó calor para acumularse, y el metal fundido se solidificó antes de que el gas pudiera ser expulsado eficazmente, lo que resultó en un incendio aún más intenso. rebabas o escoria más grandes.
Si las rebabas empeoran debido a la reducción de la velocidad de corte durante el corte de acero inoxidable, la causa principal es que el calor acumulado hace que la escoria fundida se solidifique. La solución correcta es aumentar simultáneamente la velocidad y la presión (nitrógeno ≥ 2MPa), al tiempo que reduce la acumulación de coque (por ejemplo, ajuste a -0.2 mm), utilizando una boquilla más grande (p. ej., φ3) y calibrar la coaxialidad. La clave es equilibrar la velocidad con la purga de gas; la eliminación oportuna del metal fundido es esencial para obtener una superficie de corte lisa.
| Parámetros | Acero inoxidable | Acero Inoxidable | Aluminio: | Aluminio: |
| Espesor (mm) | 10 | 10 | 5 | 10 |
| Tipo de gas | O2 | N2 | N2 | N2 |
| Potencia (kW) | 5 | 5 | 5 | 5 |
| Velocidad de corte (mm / min) | 680 | 1200 | 7000 | 2400 |
| Presion del gas | 10.5 | 12 | 15 | 15 |
| Focales (mm) | -3 | -7.2 | -1.1 | -2.4 |
| Separación (mm) | 0.6 | 0.6 | 0.6 | 0.6 |
| Boquilla (mm) | 2.5 | 3 | 2.5 | 3 |
| Frecuencia (Hz) | 5000 | 5000 | 5000 | 5000 |
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Preguntas Frecuentes
P1: ¿Cuáles son los errores más comunes al seleccionar una máquina de corte láser y configurar los parámetros?
Utilizar potencia alta a ciegas, elegir el gas auxiliar incorrecto, utilizar los mismos parámetros para todos los materiales, centrarse solo en el precio del equipo y omitir el paso de verificación del corte de prueba.
P2: ¿Cómo determinar si la configuración de los parámetros de corte por láser es óptima?
Los criterios se pueden resumir en “tres altos y uno bajo”: alta calidad de corte, alta precisión, alta velocidad y corte estrecho.
P3: ¿Es necesario ajustar los parámetros de corte por láser con el tiempo?
Sí, los parámetros deben optimizarse dinámicamente según los cambios en el equipo y el entorno para mantener resultados óptimos.
P4: ¿Qué soporte y servicios relacionados con los parámetros ofrece Baison Laser?
Ofrecemos servicios de soporte integrales que incluyen diagnóstico y optimización remotos, actualizaciones continuas de procesos y desarrollo de aplicaciones de nivel experto.
Conclusión
El corte por láser, como tecnología de procesamiento avanzada, depende en gran medida de un conocimiento profundo del equipo y sus parámetros para lograr un rendimiento óptimo. Parámetros clave como... industria y velocidad afectan significativamente el ancho de corte, mientras que factores como Natural tener un relativamente menor impactoLos parámetros deben optimizarse antes del corte para minimizar defectos como rayas y escoria, garantizando así la calidad final de la pieza.
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