Hypertherm HyIntensity Fiber Laser Rev.2 - Handbuch (Seite 141)

Konfiguration und BetrieB
HyIntensity Fiber Laser Betriebsanleitung – 807091 Revision 2 3-39
Schneiden mit Laser
Unlegierter Stahl – Hilfsgas Sauerstoff
Laser-Schneiden von unlegiertem Stahl mit Sauerstoff als Hilfsgas ist einerseits die häufigste, andererseits vielleicht
aber die komplizierteste Laseranwendung. Sowohl der Laserstrahl als auch die Reaktion zwischen Sauerstoff und
dem im Stahl enthaltenen Eisen liefern die notwendige Energie, um das Material bei einer bestimmten Dicke korrekt
zu schneiden. Mit zunehmender Materialstärke muss die Schnittgeschwindigkeit natürlich abnehmen, allerdings
nicht in linearem Verhältnis zur Materialstärke. Zum Beispiel kann man ein 10 mm dickes Material normalerweise
nur mit Geschwindigkeiten schneiden, die weniger als die Hälfte der Schnittgeschwindigkeit für 5 mm dickes
Material betragen. Das Hilfsgas dient dazu, das flüssige Metall aus der Schnittzone zu blasen, das heißt, wenn der
Sauerstoffdruck zu gering ist, wird das Material nicht schnell genug entfernt. Da aber die Reaktionsgeschwindigkeit
ebenfalls vom Sauerstoffdruck abhängt, kann zu viel Sauerstoff übermäßiges Brennen verursachen, und es entsteht
mehr Flüssigkeit in der Schnittfuge als entfernt werden kann. Das richtige Gleichgewicht zwischen Hilfsgasdruck und
Schnittgeschwindigkeit macht einen sauberen Schnitt aus.
Die Brennpunkt-Position des Laserstrahls hat ebenfalls einen großen Einfluss auf den Schneidprozess. Ist der
Brennpunkt zu nahe an der Oberfläche, wird die Schnittfuge zu eng und das Hilfsgas kann nicht gut genug durch sie
strömen, um die Flüssigkeit zu entfernen. Ist er zu weit von der Oberfläche entfernt, wird die Schnittfuge zu weit, und
es steht nicht genug Leistung zur Verfügung, um die gewünschte Schnittgeschwindigkeit aufrecht zu erhalten. Wenn
der Brennpunkt zu tief im Material ist, kann der Laserstrahl dazu führen, dass Flüssigkeit verdampft, den Gas- und
Flüssigkeitsstrom verändert und somit das richtige Gleichgewicht zwischen Hilfsgasdruck und Schnittgeschwindigkeit
zerstört.
Auch andere Faktoren können den Schneidprozess beeinträchtigen. Die Stahlzusammensetzung,
Oberflächenbeschaffenheit, Plattentemperatur, Reinheit des Sauerstoffs, sowie die Laser-Leistungsverteilung können
alle die Schnittqualität und -geschwindigkeit bei einer gegebenen Stärke beeinflussen. Die relative Wichtigkeit dieser
Faktoren nimmt mit der Plattenstärke zu. Wenn einmal die Bedingungen für ordnungsgemäßes Schneiden ermittelt
wurden, hilft eine oftmalige Kontrolle der Wiederholbarkeit dieser Faktoren, einen gleichbleibend guten Prozess
zu erhalten.
Lochstechen von dickerem unlegiertem Stahl ist ein wichtiger Faktor, die Zykluszeiten zu reduzieren und
ordnungsgemäßen Schnittbeginn zu ermöglichen. Es gibt mehrere Methoden, unlegierten Stahl zu durchstechen. Die
einfachste ist, die Düse auf die Lochstechhöhe zu platzieren, das Hilfsgas einzuschalten und dann den Laser auf volle
Leistung zu drehen, um das Loch ins Material zu stechen. Mit dieser Methode wird ein Loch ins Material gestochen, das
etwa den doppelten Düsendurchmesser besitzt und rund um die obere Kante des Lochs etwas Material übrig lässt. Das
umgebende Material wird nach dem Lochstechen ziemlich heiß sein, also benötigen Sie entweder eine Einfahrt, die
ca. ein- bis eineinhalb Mal der Materialstärke entspricht, oder Sie warten ein paar Sekunden, bevor Sie den Schnitt
starten.
Eine weitere Methode wäre, den Laser zu pulsen und praktisch durch das Material zu bohren. Bei dieser Methode
entsteht ein Loch, das etwa den gleichen Durchmesser hat wie der Laserstrahl; das umgebende Material wird dabei
nicht so heiß wie bei der vorhergehenden Methode. Allerdings wird dabei die Lochstechzeit etwa eine Sekunde pro
mm Materialstärke betragen, also kann es bei dickeren Platten mitunter ganz schön lange dauern. Diese Methode
wird normalerweise angewandt, wenn man Werkstücke ausschneidet, deren Abmessungen etwa der Materialstärke
entsprechen, wie zum Beispiel ein Loch mit 10 mm Durchmesser in einer 10 mm starken Platte unlegierten Stahls.
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Hochglänzendes Material kann den Laserstrahl zurück in die Linse reflektieren, wenn der Brennpunkt
nahe der Oberfläche des Werkstücks liegt, was zu einer enormen Zunahme der Laserleistung und somit
zum Ausfall von Komponenten führen kann.