Лазерная резка нержавеющей стали

Нержавеющая сталь — прочный металл, стойкий к агрессивной внешней среде. Это сплав, который активно используется в строительстве крупных объектов инфраструктуры, в приборостроении, в пищевой и нефтяной отрасли. Поэтому лазерная резка нержавейки — одна из самых востребованных и доступных услуг в металлообработке. 

Характеристики металла

Нержавеющая сталь была создана в первой половине 20-го века. Сплав железа и углерода с добавлением хрома проявил себя как гибкий, но прочный металл, сложный для механической и тепловой металлообработки. Приятный внешний вид и красивый блеск сплава делают его популярным при изготовлении сантехники, бытовых приборов, посуды, декоративных элементов.

Нержавейка нетоксична, не подвержена коррозии, не окисляется в агрессивной среде, не деформируется при механическом давлении, не разрушается от воздействия высоких температур. Тонкий слой оксида хрома на поверхности сплава обеспечивает сопротивление коррозии и окислению и может самовосстанавливаться под воздействием кислорода.

Часто в нержавеющих сплавах встречаются такие легирующие вещества, как никель, титан и молибден. Азот, медь, селен, кремний, алюминий также добавляют в нержавейку. С помощью этих добавок металл меняет и улучшает определенные свойства. Например, примесь меди снижает агрессивное воздействие кислорода, а молибден увеличивает жаропрочность и способность противостоять деформации. 

Технология лазерной резки нержавеющей стали

Самый эффективный на сегодня способ обработки нержавейки — лазерная резка. В большинстве случаев только лазерный станок может справиться с металлом, который отличается повышенной твердостью, высокой теплопроводностью и шлаковым налетом в месте разреза. Воздействие мощного теплового луча и газовой среды обеспечивает скорость, точность и качество металлообработки.

Источник тепловой энергии в аппарате лазерной резки генерирует луч мощностью 100 МВт/см2 при сечении в 10-20 мкм. Он точечно направляется через оптическую систему на обрабатываемый металл и тот мгновенно нагревается, затем плавится и наконец испаряется. Края среза остаются гладкими и чистыми, без зазубрин и окалины. 

Чаще всего в лазерной резке нержавейки используют только экономичный метод плавления с одновременным удалением с края расплавленного металла. Мгновенное испарение — более эффективный вариант, который повышает точность среза, но затрачивает гораздо больше энергии.

Для создания мелких отверстий микроразрезов в металле применяется режим врезки. Раскрой также начинается с врезки в материал, затем луч двигается по заданному в программе направлению, совершая разрез. 

Газовая среда используется в лазерном станках, чтобы усилить интенсивность обработки и удалить со шва следы плавления. Для резки нержавеющей стали подходит инертный газ азот. Он предотвращает окисление металла и охлаждает его, сохраняя свойства.

Плюсы метода

Лазерные технологии подняли металлообработку на принципиально новый уровень. Лазерная резка нержавейки  улучшила качество готовых изделий из металла и расширила их применение в разных областях промышленности. Этот способ универсален и продуктивно применяется для металлов и сплавов с разными свойствами и разной толщины. 

• Методом лазерной резки можно обрабатывать заготовки из нержавеющей стали различных марок толщиной от 0,5 до 20 мм, регулируя мощность луча для более качественного раскроя.
• При необходимости можно раскраивать детали со сложным контуром и узором, с мелкими отверстиями, тонкими перемычками и углами.
• Материал не деформируется и расходуется экономно, отходов почти не остается.
• Точность резки до 0,01 мм позволяет получать необходимое количество абсолютно одинаковых деталей с таким высоким качеством шва, что их сразу можно использовать. Края ровные, без заусенцев, сколов и трещин.
• Производительность лазерной резки связана с тем, что она происходит на высокой скорости и автоматизированно: загрузка чертежа в ЧПУ станка, подача материала на стол и его обработка. Поэтому ошибки и брак сведены к минимуму.

Несмотря на все достоинства в процессе резки нержавеющей стали с помощью лазера есть технические сложности. Опытный специалист, работающий на лазерном оборудовании, справится и с этими вызовами:

• лучу трудней резать сплав из-за тугоплавких окислов, образующихся в зоне нагрева, и из-за высокого содержания хрома и никеля с их малой текучестью. Этот фактор вынуждает расходовать больше энергии на резку;
• если обрабатывается толстый лист металла, может расходоваться больше азота. В результате подачи газа под давлением вероятно образование отверстий внутри металла, которые затем заполняются этим же газом;
• легирующие элементы сплава образуют видимые шлаки на кромке после лазерной резки.

Стоимость услуги за метр

Нержавеющая сталь сложна для раскроя из-за повышенной прочности и пластичности. Лазерный метод наиболее эффективен для обработки технологичной нержавейки при подаче очищенного азота под давлением 20 атмосфер. Благодаря этому способу можно раскраивать сложные детали толщиной 0,8 мм — 20 мм.

Рассчитать цены на лазерную обработку металла можно, исходя из его характеристик, толщины, сложности, объема и срочности заказа. Если металл с трудом подвергается резке и требует больших энергозатрат, стоимость вырастает. При этом на крупные заказы цены будут более выгодными, чем на мелкие. 

Стоимость лазерной резки рассчитывается за метр погонный. Обработка нержавеющей стали толщиной 0,5 — 4 мм в среднем стоит от 36 руб/мп за объем до 1000 м. Цена врезки варьируется в зависимости толщины материала от 1 до 7 рублей.

Особенности лазерных станков

Оборудование для лазерной резки включает излучатель тепловой энергии, оптическую систему для фокусировки луча, систему подачи газа в сопло, координатор взаимного движения луча и заготовки и систему автоматики для управления всеми этапами работы. Станки бывают трех видов: твердотельные с резаком из твердого минерала, газовые и газодинамические, в которых основную работу производит газ — диоксид углерода или углекислый. 

Московские компании по металлообработке используют волоконные лазерные станки. Они относятся к твердотельному типу и используют оптоволоконную систему усиления излучения. Их преимущество в большой выходной мощности до 50 кВт и короткой длине волны 1,07 мкм, которая легко поглощается металлами. Кроме того, они не производят много шума, в районе 70-80 дБ.

Волоконные лазеры идеально подходят для металлорезки. В производстве часто применяют установки с иттербиевым источником энергии. Они демонстрируют высокую скорость и точность работы и служат до 10 лет, не нуждаясь в дорогом и сложном уходе. Распространены аппараты марок Amada, Trumpf, IPG. Все они имеют числовое программное управление (ЧПУ).

Вывод

Лазер с успехом используется для обработки нержавеющей стали, которая с трудом режется механическим и другими традиционными способами. Металл не подвержен разрушению под воздействием агрессивной среды и отличается прочностью. Лазеры с мощностью от 3 до 20 кВт легко разрежут нержавейку толщиной до 20 мм, даже если геометрия деталей отличается сложностью и множеством мелких отверстий. Высокое качество краев также делает обработку лазером преимущественным выбором для этого вида стали.