Ультра

Aug 31, 2023

С появлением киловаттных волоконных лазеров в начале 2000-х годов и их последующей интеграцией в режущие инструменты в конце 2000-х волоконные лазеры превратили лазерную резку из нишевого метода в основной производственный процесс. С тех пор волоконные лазеры доминируют в лазерной резке листового металла из-за их простоты интеграции, надежности, низких эксплуатационных расходов, а также низких капитальных и эксплуатационных затрат по сравнению с предшествующими лазерными технологиями, высоких скоростей резки и возможности увеличения их мощности. За последнее десятилетие рынок лазерной резки рос более чем на 10 процентов ежегодно, что более чем вдвое превышает темпы роста других процессов профильной резки.

В последние годы в обрабатывающей промышленности наблюдается быстрое внедрение волоконных лазеров сверхвысокой мощности (UHP) в диапазоне от 10 до 40 кВт для резки. Наблюдая за современными системами лазерной резки каждый год на выставочном зале FABTECH или на его образовательных семинарах, можно было бы заметить, что максимальная мощность, доступная для резки, резко выросла с 6 кВт в 2016 году до 40 кВт в 2022 году. почти семикратное увеличение за шесть лет. Только за последние три года максимальная мощность лазера в системах резки подскочила с 15 до 40 кВт. В этом году продолжились быстрые темпы разработки сверхвысокого лазера, чему способствовали два примечательных недавних события: появление волоконного лазера мощностью 50 кВт для резки и его тестирование в полевых условиях; и выпуск высокоэффективных волоконных лазеров UHP с электрическим КПД более 50 процентов, что обеспечивает значительную экономию энергии для операций резки высокой мощности с высокими рабочими циклами.

Совмещение трех основных разработок, произошедших за последние несколько лет, сделало осуществимой тенденцию резки UHP, а именно: снижение стоимости/кВт мощности волоконных лазеров, наличие режущих головок, которые могут работать со сверхвысокой мощностью лазера, и лучшее знание прикладной техники. относительно высокомощной лазерной резки.

Скорость резки резко возрастает с увеличением мощности лазера, что приводит к существенному снижению эксплуатационных расходов (включая использование газа, время цикла на деталь и энергопотребление на деталь) и значительному снижению себестоимости детали. Скорость резки нержавеющей стали большинства толщин, например, увеличивается более чем в четыре раза за счет увеличения мощности с 6 кВт до 15 кВт при использовании одинакового давления вспомогательного газа и размера сопла (т. е. одинакового расхода газа) как при резке с низкой, так и с высокой мощностью. , что приводит к многократному сокращению потребления газа и других эксплуатационных затрат.

Лазеры UHP также позволяют без окалины резать толстую углеродистую и нержавеющую сталь воздухом под высоким давлением вместо более дорогого азота или кислородную резку, которая происходит гораздо медленнее. Резка с использованием вспомогательного газа происходит значительно быстрее, чем кислородная резка при высокой мощности лазера, поскольку при воздушной резке — в отличие от кислородной резки — скорость увеличивается с увеличением мощности лазера. Например, при резке углеродистой стали толщиной 16 мм лазером мощностью 30 кВт скорость резки превышает 9 м/мин при использовании вспомогательного газа, но составляет всего около 2 м/мин при использовании кислорода.

При резке вспомогательным азотом нержавеющей стали толщиной 10 мм скорость резки увеличивается примерно с 2 м/мин при 6 кВт до более чем 12 м/мин при 15 кВт, то есть шестикратное увеличение при увеличении мощности в 2,5 раза. Эта повышенная скорость легко приводит к снижению стоимости детали в два-три раза для большинства конструкций деталей. Однако вдвое более производительная система лазерной резки не в два раза дороже, так как стоимость лазерного источника на киловатт снижается с увеличением мощности лазера, и более высокая стоимость лазера поглощается общей стоимостью станка.

Значительно увеличив скорость резки, технология UHP сделала лазерную резку более конкурентоспособной по сравнению с методами механической резки, такими как штамповка, сохранив при этом уникальные преимущества (а именно гибкость, отсутствие износа инструмента, бесконтактную резку и способность резать сложные тонкие стенки). Преимущество штамповки по сравнению с любым процессом профильной резки, например лазером, обычно заключается в массовом производстве деталей относительно простой геометрии, для которых первоначальные затраты на инструмент могут быть оправданы. Однако, поскольку производственная отрасль все больше требует большей гибкости, высокие скорости резки, обеспечиваемые лазерами UHP, изменили соотношение затрат на лазер по сравнению с перфорацией в пользу лазеров.