Corte por láser

El corte por láser de metales ha ganado una gran popularidad en todas las industrias debido a su ‌precisión‌, ‌eficiencia‌, ‌versatilidad‌ y ‌rentabilidad-efectividad. Una de las grandes ventajas es que puede reducir significativamente los gastos de herramientas mediante la “eliminación de moldes”, “minimizando el desperdicio de material” y “mejorando la flexibilidad de producción”. A continuación se muestra una breve lista de los beneficios:

 

 

Características del corte por láser de diferentes materiales metálicos

 

Aluminio

Espesor: normalmente hasta ‌20 mm‌ con láseres de fibra de alta-potencia (mayor o igual a 6 kW), las láminas delgadas (1 a 6 mm) logran la mejor calidad.

Ancho de corte‌: ‌0,1–0,3 mm‌, influenciado por la reflectividad del material y el gas auxiliar (se prefiere nitrógeno para evitar la oxidación) ‌Tolerancia‌: ±‌0,05–0,1 mm‌ para láminas delgadas; Materiales más gruesos (±0,15 mm) debido a la distorsión térmica.

Corte de calidad‌, bordes lisos con mínima escoria cuando se utiliza nitrógeno.

Riesgo de ‌oxidación‌ con asistencia de oxígeno, que requiere pos-procesamiento.

Los láseres de fibra ofrecen muy pocas ventajas que los convierten en las opciones preferidas de corte de metal para aluminio:

 

√Alta-densidad de potencia, concentra su energía en un punto muy pequeño, lo que permite un corte eficiente incluso con materiales reflectantes como el aluminio.

√La rápida velocidad de corte, la alta potencia y la excelente calidad del haz de los láseres de fibra permiten un corte rápido y aumentan la productividad.

√En la zona afectada por el calor minimizado (HAZ)-, puede producir menos calor que otros tipos de láser, lo que resulta en cortes más limpios con menos distorsión térmica.

√Versatilidad, puede cortar una amplia gama de espesores y aleaciones de aluminio.

 

Consideraciones para el corte por láser de aluminio

 

Hay pocos factores muy críticos involucrados en el corte por láser sólido en materiales de aluminio, y los operadores siempre deben considerar los siguientes aspectos:

 

√Opción de gas auxiliar: el nitrógeno suele ser el preferido para cortar aluminio porque produce cortes sin-óxido, mientras que el oxígeno suele utilizarse para materiales más gruesos, pero puede dar como resultado un borde oxidado. La desventaja del nitrógeno es el costo.

√Punto de enfoque, es aconsejable probar la posición del enfoque en relación con la superficie del material antes de que comience el corte en masa, y un operador experimentado siempre intenta ajustar el enfoque positivo o negativo a veces puede mejorar la calidad del corte.

√Velocidad de corte: encontrar el equilibrio adecuado entre velocidad de corte y potencia es crucial porque una velocidad baja puede generar un aporte de calor demasiado excesivo, mientras que una velocidad alta puede no lograr una penetración total.

√Limpieza, el operador siempre deberá asegurarse de que las láminas de aluminio estén limpias y libres de aceites o contaminantes que puedan afectar la calidad del corte.

√Gestión térmica, intervalos de enfriamiento-periódicos para evitar la acumulación de calor que podría provocar la deformación del material.

√Calidad del borde, el operador deberá ajustar los parámetros si nota problemas como formación de escoria o fusión excesiva.

 

Problemas de calidad del corte por láser de aluminio

 

 

Hay pocos dolores de cabeza al cortar materiales de aluminio con láser, ya sean tubos, láminas o placas, y si puede comprender estos obstáculos, puede ayudarlo a lograr resultados óptimos y minimizar el costo de corte de metal.

 

√La reflectividad es casi el principal desafío en el corte de aluminio con láser porque también puede causar reflejos que dañan la máquina. El aluminio refleja naturalmente una porción importante del rayo láser, lo que puede reducir la eficiencia del corte y potencialmente dañar el sistema láser si no se maneja adecuadamente. Esta reflectividad requiere el uso de tipos de láser y niveles de potencia específicos para garantizar un corte eficaz y, debido a este problema, el láser de fibra es una opción muy popular.

√Conductividad del calor: la buena conductividad del calor hace que el corte con láser sea bastante desafiante porque el material disipa rápidamente el calor, lo que puede dificultar lograr la fusión localizada requerida para cortes precisos. Por lo tanto, una buena conductividad térmica puede dar lugar a anchos de corte más amplios y posibles zonas afectadas por el calor-alrededor de los bordes cortados.

√La capa de óxido, la delgada capa de óxido que se forma en las superficies de aluminio, generalmente interfiere con el proceso de corte por láser-y tiene un punto de fusión más alto que el propio aluminio, lo que puede causar inconsistencias en la calidad del corte o requerir potencia adicional para penetrar.

√La estructura molecular, su estructura molecular maleable, a veces puede dar lugar a una calidad de borde menos deseada y, a menudo, el borde presenta rebabas o exhibe un ligero efecto de fusión a lo largo de los bordes cortados; se requiere pos-procesamiento para algunos proyectos exigentes.

 

Acero inoxidable

 

 

√ Ajuste de potencia, dependiendo del espesor y tipo del material de acero inoxidable, y es importante que el orificio cortado con láser sea coaxial con el centro de la boquilla. La opción de poder popular se indica de la siguiente manera:

‌1. Placa delgada (1-3 mm), potencia de 1000-2000 W con protección de nitrógeno para evitar la deformación térmica

2‌. Se recomienda placa mediana (10-25 mm), potencia de 4000-6000 W y se utiliza oxígeno para reducir los defectos de escoria.

‌3. Extra thick plate (>50 mm): se requiere más de 12000 W de potencia en combinación con la tecnología de perforación múltiple, mientras se controla la estabilidad de la presión del gas para reducir la situación de conicidad.

 

√ Tamaño de la boquilla, determina la forma del flujo de gas que ingresa a la incisión, el área de difusión del gas y el caudal de gas, lo que afecta la estabilidad de la eliminación y el corte del material fundido. El flujo de aire que ingresa a la incisión es grande, la velocidad es rápida y la posición de la pieza de trabajo en el flujo de aire es adecuada, mayor será la capacidad de pulverización para eliminar el material fundido. Cuanto más grueso sea el acero inoxidable, más grande se debe usar la boquilla, mayor será el ajuste de la válvula proporcional y mayor será el caudal, se puede garantizar la presión y se puede cortar el efecto de sección normal. El diámetro de boquilla recomendado para cortar diferentes espesores de acero inoxidable es el siguiente:

1. 1mm, φ1,0mm

2. 2-3mm, φ1,5mm

3. 3-5mm, φ2,0mm

4. 5-10mm,φ 3,0mm +

 

√ El tipo de gas auxiliar, oxígeno, nitrógeno y aire se utilizan normalmente para el corte por láser de acero inoxidable, y cada uno tiene un impacto diferente en la calidad del corte. El oxígeno sufrirá una reacción exotérmica, lo que agregará calor adicional a la superficie de corte, lo que proporciona un borde de corte más suave; sin embargo, genera un borde de corte con un tinte amarillo. El nitrógeno puede evitar que se oxide el color original del acero inoxidable, y el corte con nitrógeno da como resultado un ancho de corte estrecho debido a la falta de reacción de oxidación exotérmica, por lo que se necesitan presiones de nitrógeno más altas para expulsar el metal fundido del corte inferior. Por lo tanto, el nitrógeno es el gas auxiliar preferido para el corte de acero inoxidable. El gas auxiliar se dirige coaxialmente sobre la pieza de trabajo junto con el rayo láser y su objetivo principal es expulsar el material fundido de la ranura y evitar la formación de escoria.

 

√ La posición focal, los diferentes espesores de placa y los grados de acero inoxidable requieren una posición focal diferente. Antes de cortar, se mide el enfoque cero real y se pueden realizar pruebas y análisis de los parámetros del proceso de corte con el enfoque cero como punto de referencia. El desenfoque negativo es la principal dirección de selección del proceso para el corte de acero inoxidable. Al cortar placas gruesas, el foco debe fijarse dentro de la placa (normalmente entre 1/3 y 1/4 del espesor de la placa) para optimizar la distribución de energía.

 

√ El ajuste de frecuencia y el corte de alta-frecuencia (400-500 Hz) pueden reducir los residuos de escoria y mejorar la calidad del corte para placas delgadas y piezas de trabajo con requisitos de alta precisión. Al cortar placas de grosor medio (6-10 mm), reducir la frecuencia a 200-300 Hz puede mejorar la calidad del corte; si ajustarla a 100 Hz provocará fallos en el corte.

 

√ Ciclo de trabajo, el ciclo de trabajo 53% es el valor crítico. Si continúa reduciendo el ciclo de trabajo, habrá rastros de corte incompleto en la superficie inferior, el ciclo de trabajo aumentará al 60% y la sección se volverá rugosa y estratificada. El ciclo de trabajo del pulso se refiere a la proporción del tiempo de irradiación del haz en cada pulso.

 

Acero carbono

 

 

El corte por láser de acero al carbono normalmente requiere un rango de potencia, un espesor de acero y un diámetro de boquilla específicos, y a continuación se muestra una configuración de parámetros fijos popular elegida por muchos fabricantes:

 

√Espesor del acero: 1,0-3,0 mm 1-2 Kw con boquilla 1,0-1,5 mm

√Espesor del acero: 3,0-6,0 mm 2-4 Kw con boquilla 1,5-2,0 mm

√Espesor de acero 6,0-10,0 mm, 4-6 Kw con boquilla 2,0-2,5 mm

√El espesor del acero anterior requiere una potencia de más de 6.000 kW y el tamaño de la boquilla suele ser superior a 2,5 mm.

 

Consideraciones sobre el corte por láser de acero al carbono

 

Placa de acero al carbono de 8 mm

Cuando se analiza cómo determinar los mejores parámetros del proceso para el corte por láser, normalmente debemos considerar varios factores clave, entre ellos la potencia del láser, la velocidad de corte, el tipo de gas, el tamaño de la boquilla y la presión. Al ajustar adecuadamente estos parámetros, se puede optimizar el efecto de corte por láser de las placas de acero al carbono y se puede mejorar la eficiencia de la producción y la calidad del corte. Además, los diferentes patrones de corte afectarán la selección y el ajuste de los parámetros del proceso de corte, lo que a su vez afecta la velocidad y la calidad del corte. El operador debe comprender que los experimentos y los parámetros de optimización deben resolverse antes del corte en masa. Al mismo tiempo, mediante intentos y optimización continuos, podemos acumular experiencia gradualmente y mejorar la precisión y eficiencia del corte. Después de una serie de experimentos, podemos obtener los parámetros de proceso óptimos para que la máquina cortadora por láser de fibra de potencia-mediana corte acero al carbono de 8 mm de espesor. A continuación, exploraremos en profundidad la selección y los ajustes para el corte por láser de acero al carbono de 8 mm y 3 mm.

 

√Tipo de láser: láser de fibra

√Velocidad de corte: 13 mm/s

√Potencia: 5Kw

√Posición focal:+3.2mm

√Tamaño de la boquilla: 2,3 mm

√Gas auxiliar: oxígeno

√Presión de gas a 0,04MPa.

√Frecuencia de perforación: 80HZ.

 

Placa de acero al carbono de 3 mm

√Tipo de láser: láser de fibra

√Velocidad de corte: 70 mm/s

√Potencia: 3Kw

√Posición focal:+2mm

√Tamaño de la boquilla: 2,3 mm

√Gas auxiliar: oxígeno

√Presión de gas a 0,35MPa.

√Frecuencia de perforación: 300HZ.

 

En aplicaciones industriales, el ancho de corte del láser de CO2 es generalmente de 0,2 a 0,3 mm, lo que es particularmente adecuado para cortar placas medianas y gruesas, y también depende del tipo de corte por láser y del espesor del material de acero. La asistencia de oxígeno amplía el ancho del corte pero mejora la velocidad, y el corte con láser de nitrógeno tendrá bordes limpios y libres de escoria- mientras que la asistencia de oxígeno genera rebabas que requieren un rectificado secundario.

Cobre‌ y latón

 

 

La alta reflectividad, conductividad y versatilidad del cobre y el latón han planteado desafíos únicos para el corte por láser, y los dos factores principales son la reflectividad y la conductividad térmica que afectan la eficiencia y precisión del corte por láser. El láser de fibra se utiliza ampliamente para superar estos desafíos y el operador debe considerar los siguientes parámetros al realizar el corte con láser en metales reflectantes como acero inoxidable, aluminio, cobre y latón:

 

√Para el láser de fibra se recomienda comúnmente una longitud de onda de 1 μm, que puede ser bien-absorbida por metales reflectantes como el cobre, el aluminio y el acero inoxidable.

√Potencia y pulso, es muy sensato ajustar la potencia del láser y la duración del pulso para optimizar el proceso de corte y evitar la acumulación excesiva de calor y los reflejos. Para láminas de cobre delgadas, una técnica de perforación por pulsos puede ser efectiva e implica aumentar gradualmente la potencia del láser durante una serie de pulsos cortos hasta que se perfora el material, evitando cortes incompletos y la formación de escoria.

√El gas auxiliar, el nitrógeno y el oxígeno son comunes en el corte por láser de metales reflectantes y pueden ayudar a eliminar el material fundido y prevenir reflejos.

√Óptica de enfoque, es vital asegurarse de que esté limpia y alineada correctamente para minimizar la reflexión y optimizar la eficiencia del corte.

√Entrega de haz: los sistemas de entrega de haz de alta-calidad con revestimientos reflectantes pueden ayudar a minimizar los reflejos.

√Se recomienda encarecidamente calibrar los parámetros de corte, como velocidad, potencia y distancia focal, para lograr la calidad de corte deseada sin causar reflejos excesivos o acumulación de calor, y realizar pruebas de corte a pequeña escala antes de comenzar la producción en masa.