Lézersugaras vágáshoz használatos vágógázok

A lézerek legelterjedtebb alkalmazása a lézersugaras vágás. Három eljárás terjedt el: a lézersugaras égetéses, az olvasztó vágás és a szublimációs vágás. Hogy ezek közül melyiket alkalmazzák, az a megmunkálandó anyagtól, a minőségi és a gazdaságossági követelményektől, valamint az alkalmazott vágógáztól függ.

77

Created by XMLmind XSL-FO Converter.

2.2.2.1. ábra Forrás: Bystronic

A lézersugaras lángvágáshoz tiszta oxigént használnak, hasonlóan a hagyományos lángvágáshoz. Az eljárás elve azonos: az acélt gyulladási hőmérsékletre hevítik a lézersugárral, majd oxigénben elégetik. A végbemenő exoterm reakció kb. 40%-kal járul hozzá a vágás energiamérlegéhez, míg a lézersugár energiája adja a többi 60%-ot. Ezzel a vágási eljárással szénacélok vághatók gazdaságosan. Az ötvözött acélok és nemvas fémek oxigénes vágása is lehetséges, de főleg minőségi és gazdaságossági okok miatt nem ajánlott.

2.2.2.2. ábra Forrás: Messer

A lézersugaras lángvágásnál célszerű a lézersugarat a lemez felső síkjára fókuszálni. Ezt aztán a vágott felület függvényében lehet korrigálni + vagy – irányban.

Az oxigénfogyasztás a fúvóka átmérőjétől és a fúvókában az oxigén nyomásától függ. Az átlagos fogyasztás 20–110 l/min tartományban van.

2.2.2.3. ábra Forrás: AGA

A vágási oxigén tisztasága lényegesen befolyásolja a vágási sebességet. Minél tisztább az oxigén, annál nagyobb vágási sebességgel lehet darabolni a lemezeket. Gazdaságossági szempontokat figyelembe véve mérlegelni kell, hogy meddig éri meg a tisztább, ugyanakkor drágább gáz alkalmazása.

79

Created by XMLmind XSL-FO Converter.

A következő ábrán egy összehasonlítást láthatunk az oxigén tisztaságának hatásáról a vágási sebességre. A két függőleges szaggatott vonal jelzi a leginkább használt gázminőséget. A bal oldali a 2.5 (99,5%) tisztaságú, míg a jobb oldali a 3.5 (99,95%) tisztaságú oxigénnek felel meg. Látható, hogy a 3.5 tisztaságnál nagyobb tisztaságfoknál a görbék meredeksége csökken, viszont az áruk nő a jelentős előállítási költségek miatt. Ezért a szénacélok és gyengén ötvözött acélok megmunkálásához 3.5 tisztaságú oxigén ajánlott.

2.2.2.4. ábra Forrás: Messer

Az oxigénnel történő vágásnál a vágott felületen egy vékony oxidréteg keletkezik, amely problémákat okoz a lemezalkatrészek festésénél. A kialakult oxidréteget nem fogják a különböző lakkbázisú festékek, illetve ha sikerül mégis befesteni, nagy esély van rá, hogy az oxidréteg lepattogzásával a festékréteg is eltávozik. Ennek a problémának a kiküszöbölésére a szénacélok esetében is alkalmazzák a nagynyomású nitrogénes vágást. Ez oxidmentes, fémtiszta vágási felületet eredményez, azonban lényegesen lassúbb és költségesebb, mint az oxigénes vágás.

Vékony alumínium vágására esetenként használnak oxigént és nitrogént. A tiszta alumíniumhoz oxigént, míg az AlMg5 ötvözethez inkább nitrogént használnak. A vágógázok nyomását 6 bar körüli értékre érdemes választani.

Ennél a legkevesebb a vágórés alján keletkező „szakáll”. Az oxigénes vágásnál nincs olyan jelentősége a tisztaságnak, mint a szerkezeti acéloknál. Ezért a tiszta alumínium esetében a 2.5 (99,5%) ipari tisztaságú oxigén is megfelelő.

A lézersugaras olvasztó vágás olyan technológia, ahol a vágandó anyagot a lézersugárral megolvasztják és nagynyomású (5÷25 bar) gázsugárral eltávolítják a vágási résből. Vágógázként semleges nitrogént vagy argont használnak. Mivel itt nincs exoterm reakció, amelyből többletenergia származna, csak a lézersugár koncentrált energiájának köszönhetően olvad meg a lemez anyaga. Ezért lényeges szerepet kap a lézersugár teljesítménye.

A lézersugaras olvasztó eljárást főleg ötvözött acélok, alumínium és ötvözetei, rézötvözetek és titán vágására használják. A fúvókaátmérők nagyobbak, mint az oxigénes vágásnál, és a fókuszt a táblavastagság alsó részére állítják be. Ennek következtében a vágási rés szélesebb lesz, amelyen keresztül könnyebben behatol a nagynyomású nitrogén, hogy eltávolítsa az olvadt anyagot.

2.2.2.5. ábra Forrás: Messer

Az olvasztó vágások esetén a fókuszpontot a vágandó lemez aljához közel állítják be. Emiatt a vágási rés szélesebb, lehetőséget adva ezzel a nagynyomású nitrogénnek a megolvadt anyag kifúvására. A lézersugaras olvasztó vágások esetén a vágófúvókában a nyomásértékek 5–25 bar közöttiek, ennek következtében az oxigénes vágáshoz képest lényegesen nagyobb vágógázfogyasztással kell számolni.

2.2.2.6. ábra Forrás: AGA

A fogyasztási értékek a nagyobb fúvókaátmérőknek és a nagyobb nyomásértékeknek megfelelően lényegesen nagyobbak, mint az oxigénes vágásnál. A napi két műszakra számolt nitrogénfogyasztási értékek jelentősen megnőnek a vastagabb lemezekre használt fúvókák alkalmazásával. Nitrogénes vágásnál a jelentős fogyasztás cseppfolyós vágógázellátást igényel!

81

Created by XMLmind XSL-FO Converter.

A nitrogén tisztasága nem befolyásolja észrevehetően a vágási sebességet. A minőségre azonban van hatása, főleg a rozsdamentes, saválló acéloknál. Már nagyon kevés oxigén jelenléte is sárgás elszíneződést okoz a vágott felületen, ami negatívan befolyásolja a korrózióállóságot. Ezért oxigénszennyezést 10 ppm (0,001%) alatti nagyságrendben szabad csak tartalmaznia a vágásra használt nitrogénnek. Ezeknek a követelményeknek az 5.0 (99,9995) tisztaságú nitrogén tesz eleget.

A nikkel néhány nagyon fontos ipari ötvözet fontos ötvözője, mint például az Inconel (Ni-Cr), Nimonic (Ni-Cr-Co), Hastelloy (Ni-Mo-Cr) és Monel (Ni-Cu). Ezek vágására szintén előnyösebb a nitrogén alkalmazása az oxigénnel szemben. Az oxigénnel történő vágás 6 bar körüli nyomással lehetséges, de a technológia oxidréteg- és „szakáll”-képződéssel jár. Ezért inkább a nagynyomású nitrogén javasolt. Bár a vágási sebesség szignifikánsan kisebb, mint az oxigénes vágás esetén, a felület tiszta, oxidmentes marad. A fókuszpontot a lemez felső széle alá érdemes helyezni.

Titán vágására a nagynyomású, semleges gázos olvasztó vágás ajánlott. A vágógáz ebben az esetben a 4.0 (99,99%) vagy inkább az 5.0 (99,999%) argon, a titán oxidációjának elkerülése végett. A titán a nitrogénnel is képes reakcióba lépni, aminek nagy olvadáspontú titán-nitrid az eredménye. Ez az alumíniumhoz, illetve alumínium-oxidhoz hasonlóan rontja a vágás minőségét.

A lézersugaras szublimációs vágás jellegzetessége, hogy az anyag a vágási hézag zónájában folyékony fázis nélkül párolog el. Ehhez a vágási eljáráshoz sűrített levegőt alkalmaznak, illetve egy-két esetben, amikor a vágandó anyag gyúlékony vagy erősen oxidálódik, akkor nagynyomású nitrogént használnak. Főként nem fémek, műanyagok, gumi, kerámia, fa, üveg vágására alkalmas technológia. Mivel a fent említett anyagok vágásánál toxikus gázok keletkeznek, nagyon lényeges, hogy a lézervágó berendezés a feladatnak megfelelő elszívó és gáztisztító rendszerrel legyen felszerelve. A lézerberendezés-gyártók egy része nem is engedi berendezésein a fent említett anyagok vágását.

2.2.2.7. ábra Forrás: Messer