Класификација дебљине: Дефинисање способности обраде
Дебљина челичне плоче је примарна детерминанта изводљивости ласерског сечења, која директно утиче на захтеве опреме, брзину сечења, квалитет ивица и укупне трошкове производње. Челичне плоче се генерално класификују у четири категорије на основу дебљине: танке плоче (мање од 4 мм), средње плоче (4–20 мм), дебеле плоче (20–60 мм) и екстра дебеле плоче (преко 60 мм). За ласерско сечење, преферирани опсег обраде челичних лимова се обично протеже до 20 мм, уз одређене околности које дозвољавају и до 25 мм. Ласерски системи велике снаге са влакнима, посебно они који прелазе 20 кВ, померили су ову границу даље, постижући оптималну дебљину сечења за угљенични челик до 70 мм. Међутим, за континуирану ефикасност производње и квалитет сечења, обрада челичних плоча дебљих од 50 мм генерално се не препоручује. Разумевање ове класификације је од суштинског значаја за одређивање исправне опреме и параметара за сваки пројекат, пошто дебљина директно утиче на избор помоћног гаса, фокусну позицију, брзину сечења и очекиване толеранције.
Спецификације дебљине специфичне за материјал за ласерско сечење
Различити типови челика показују различите карактеристике ласерског сечења због варијација у топлотној проводљивости, рефлексивности и хемијском саставу. За угљенични челик (благи челик) , идеалан опсег дебљине за ласерско сечење је до 10 мм, са максималном практичном дебљином која достиже 13 мм под оптималним условима. Системи веће снаге могу да обрађују угљенични челик до 25 мм или више, али идеалан опсег за одржавање брзине и квалитета остаје знатно ужи. Нерђајући челик представља веће изазове због своје веће рефлексије и топлотне проводљивости; идеална дебљина за АСТМ 304 нерђајући материјал је до 4 мм, са максималном дебљином око 6 мм. Напредни ласерски системи са влакнима могу да обрађују нерђајући челик до 20 мм или више, али брзине сечења значајно опадају како се дебљина повећава. Алуминијум и легуре алуминијума , познате по својој високој рефлексивности, захтевају специјализоване ласерске изворе са заштитом од повратних рефлексија; идеална дебљина за конструкцијски алуминијум је до 3мм, са максималном око 5мм. Ласери са влакнима велике снаге могу да секу алуминијум до 18 мм или дебље, у зависности од легуре и помоћног гаса. Одабир помоћног гаса је подједнако критичан: кисеоник се користи за угљенични челик да би се побољшало сечење кроз егзотермну оксидацију, док се азот или ваздух препоручују за нерђајући челик и алуминијум да би се постигле чисте ивице без оксидације.
Захтеви за снагу ласера према дебљини
Однос између снаге ласера и дебљине сечења прати отприлике линеарну прогресију, са већом снагом која је потребна да би се постигла пуна пенетрација и одржале прихватљиве брзине сечења на дебљим материјалима. За угљенични челик, ласер са влакнима од 500 В може да сече до 6 мм, 1000 В обрађује 6–12 мм, 2000 В обрађује 14–18 мм, а 3000 В достигне 18–22 мм. За нерђајући челик, 500 В сече 1–3 мм, 1000 В обрађује 3–5 мм, 2000 В обрађује 6–8 мм, а 3000 В достиже 8–12 мм. Као практично правило, потребно је приближно један киловат снаге ласера по милиметру дебљине чистог реза. За плоче средње дебљине (6–12 мм), препоручена снага ласера је 4.000–6.000 В. Дебеле плоче (13 мм и више) захтевају 4.000 В или више да би се постигла поуздана потпуна пенетрација. Брзина резања има инверзну корелацију са дебљином; дебели материјали захтевају смањене брзине увлачења за пуну пенетрацију, док танки листови раде брзо да би повећали проток без губитка квалитета. На пример, машина за ласерско сечење од 20кВ може постићи значајна побољшања ефикасности, са системом од 30кВ који сече 50мм угљенични челик 88% брже од система од 20кВ. Избор одговарајуће снаге ласера мора да уравнотежи потребну дебљину, жељени производни капацитет и трошкове капиталне опреме.
Толеранције димензија и квалитет ивица према опсегу дебљине
Достижна тачност димензија ласерски резаних челичних плоча значајно варира у зависности од дебљине, пошто се ласерски сноп шири док путује кроз материјал. За меки челик дебљине до 3 мм, типичне толеранције од ±0,004 инча (0,1 мм) се могу постићи уз одличан квалитет ивица. За дебљину од 3–6 мм, толеранције од ±0,006 инча (0,15 мм) су типичне са добрим квалитетом ивица. За дебљину од 6–12 мм, толеранције се проширују на ±0,010 инча (0,25 мм) са добрим квалитетом ивица. За дебљину од 12–25 мм, очекују се толеранције од ±0,020 инча (0,5 мм), са квалитетом грубих ивица. Нерђајући челик прати сличне обрасце: 0,5–3 мм постиже ±0,004 инча (0,1 мм) са одличним квалитетом ивица, док 3–10 мм постиже ±0,008 инча (0,2 мм) са добрим квалитетом ивица. Ширина реза – материјал који се уклања ласерским снопом – обично се креће од 0,006 до 0,012 инча (0,15–0,3 мм) за ласере са влакнима. Квалитет ивица опада са повећањем дебљине: танак челик испод 3 мм даје глатке ивице скоро без ивица које захтевају мало накнадне обраде; средњи челик (3–10 мм) показује благу храпавост на доњој ивици која захтева лагано уклањање ивица; дебели челик преко 10 мм показује приметно сужење и храпавост, са улазном страном широм од излазне стране. Зона под утицајем топлоте (ХАЗ) за ласерско сечење меког челика са влакнима се обично креће од 0,005 до 0,010 инча (0,13–0,25 мм). За апликације које захтевају квадратне ивице на дебелим деловима или изузетно чврсте толеранције, алтернативни процеси као што је ЦНЦ обрада могу бити прикладнији.
Стандардне толеранције дебљине и разматрања дизајна
Поред могућности ласерског сечења, сам основни материјал мора бити у складу са утврђеним толеранцијама дебљине. АСТМ А6/А6М пружа опште захтеве за ваљане челичне шипке, плоче, облике и шипове, наводећи толеранције димензија за дебљину, ширину и дужину. Ове толеранције варирају у зависности од опсега дебљине, са плочама од приближно 5 мм до 200 мм које су покривене стандардом. За челичне плоче А36, толеранцију дебљине специфицира АСТМ А6/А6М на основу специфициране дебљине и ширине плоче. Дизајнери морају узети у обзир и толеранцију дебљине основног материјала и толеранцију сечења када одређују коначне димензије дела. Поред тога, минималне величине елемената су ограничене дебљином плоче: за челик до 5 мм, препоручује се минимални пречник рупе од 15 мм; за дебљину 6–15 мм, 18 мм; а за дебљину 20–25 мм, 20–25 мм. Минимални радијус савијања и положај рупе у односу на линије савијања такође се морају узети у обзир, јер ће се рупе постављене преблизу линијама савијања деформисати током наредних операција формирања. Разумевање ових спецификација и параметара дебљине омогућава инжењерима и професионалцима за набавку да оптимизују дизајн делова за производност, одаберу одговарајућу опрему и успоставе реална очекивања квалитета за ласерски резане челичне компоненте.
