Hướng dẫn cơ bản về cắt nhôm bằng laser

Tia laser sợi quang có thể cắt nhôm không?

Đúng vậy, laser sợi quang cắt nhôm rất tốt: bước sóng 1064 nm hấp thụ tốt hơn nhiều trong nhôm so với các bước sóng khác. CO2 Laser sợi quang đang dần trở thành lựa chọn tiêu chuẩn. Laser sợi quang 1.5 đến 2 kW cắt sạch đến 3 mm, 3 kW xử lý khoảng 6 đến 8 mm, 6 kW đạt 12 đến 16 mm, và 12 kW cắt đến 30 mm, mặc dù chất lượng cạnh cắt giảm khi độ dày trên khoảng 20 mm. Hỗ trợ bằng khí nitơ áp suất cao (15 đến 20 bar) là chìa khóa để có được các cạnh cắt không có xỉ.

Câu trả lời trung thực có hai phần. Laser sợi quang thường xuyên cắt nhôm, trong mọi thứ từ vỏ thiết bị điện tử đến giá đỡ hàng không vũ trụ và khay pin xe điện. Và nhôm vẫn "trừng phạt" những lỗi thiết lập cẩu thả hơn thép, bởi vì hai đặc tính vật liệu của nó lại trái ngược hoàn toàn với các nguyên lý vật lý của việc cắt laser.

Thứ nhất là khả năng phản xạ: nhôm phản xạ khoảng 90% chùm tia laser sợi quang 1064 nm ở nhiệt độ phòng, do đó chỉ một phần nhỏ công suất được truyền vào vật liệu ban đầu. Thứ hai là độ dẫn nhiệt: với khoảng 237 W/mK so với khoảng 50 của thép, nhôm tản nhiệt ra khỏi vùng cắt nhanh hơn gần 5 lần. Chùm tia phải cố gắng tạo ra vùng nóng chảy trong khi tấm kim loại xung quanh lại làm mát nó một cách tích cực. Mọi khó khăn trong việc cắt nhôm bằng laser đều bắt nguồn từ hai con số này.

4 vấn đề làm hỏng các đường cắt nhôm (và cách khắc phục)

VẤN ĐỀ 1: Phản xạ ngược

Tại sao nó xảy raNhôm chưa cắt hoạt động như một tấm gương ở bước sóng 1064 nm. Trong quá trình xuyên thủng, trước khi vũng nóng chảy hình thành, một phần chùm tia phản xạ thẳng trở lại đường dẫn quang học. Trên các máy không được bảo vệ, điều này có thể làm hỏng hệ thống quang học của đầu cắt hoặc, trong trường hợp nghiêm trọng, chính nguồn laser, đó là lý do tại sao các nguồn laser cũ hơn có cảnh báo về nhôm trong sách hướng dẫn sử dụng.

Sự sửa chữaCác laser sợi quang hiện đại được trang bị tính năng bảo vệ chống phản xạ ngược (bộ cách ly và cảm biến phát hiện lỗi nguồn trước khi gây hư hỏng). Hãy đảm bảo nguồn laser của bạn được đánh giá phù hợp với kim loại phản xạ, giữ đầu laser vuông góc để các tia phản xạ không hội tụ lại một cách rõ nét, và sử dụng quy trình xuyên thấu thích hợp (tăng dần công suất, làm mờ nhẹ tiêu điểm) để pha phản xạ kéo dài vài mili giây thay vì vài giây.

VẤN ĐỀ 2: Cặn bẩn ở cạnh dưới

Tại sao nó xảy raĐây là khuyết điểm điển hình của nhôm. Nhôm nóng chảy có độ nhớt cao, và độ dẫn nhiệt cao của tấm nhôm làm nguội chất nóng chảy quá nhanh khiến nó đông đặc lại trước khi khí hỗ trợ kịp đẩy ra. Kim loại bán đông cứng bám vào đáy rãnh cắt và đông cứng thành một cục cứng, sắc nhọn cần phải được mài bỏ. Tấm nhôm dày hơn càng làm tình trạng tồi tệ hơn: thể tích chất nóng chảy lớn hơn, nhưng khe thoát khí vẫn như cũ.

Sự sửa chữaKhả năng đẩy phôi tốt hơn công suất. Sử dụng khí nitơ áp suất cao từ 15 đến 20 bar qua vòi phun lớn hơn, điều chỉnh tiêu điểm âm (hướng vào vật liệu) để rãnh cắt vẫn rộng ở phía dưới và tạo lối thoát cho phôi nóng chảy, đồng thời giảm tốc độ cấp phôi từ 10 đến 15% so với cài đặt tương đương với cắt thép. Nếu vẫn còn cặn, hãy điều chỉnh khí, vòi phun, khoảng cách giữa vòi phun và vật liệu, cũng như tiêu điểm trước khi tăng công suất; công suất lớn hơn trên vết cắt có khả năng đẩy phôi kém chỉ làm tăng lượng phôi nóng chảy cần phải làm sạch.

VẤN ĐỀ 3: Các vết gờ và cạnh thô ráp trên tấm kim loại mỏng

Tại sao nó xảy raĐối với tấm kim loại dưới 3 mm, nguyên nhân thường ngược lại: quá nhiều nhiệt, chứ không phải quá ít. Công suất quá cao hoặc tốc độ cắt chậm làm quá nhiệt hợp kim mềm, các cạnh vết cắt bị chảy ngược, và vết cắt tạo ra gờ nổi và cạnh màu xám có vệt thay vì bề mặt sáng bóng sạch sẽ.

Sự sửa chữaCắt nhôm mỏng nhanh chóng với công suất vừa phải và khí nitơ sạch. Kiểm tra tình trạng và độ căn chỉnh của vòi phun (vòi phun bị mòn hoặc lệch tâm sẽ làm lệch luồng khí sang một bên và tạo gờ ở một bên đường cắt), và giữ tiêu điểm ở hoặc ngay dưới bề mặt để đạt được độ sắc nét tối đa của cạnh. Nhôm tấm mỏng được điều chỉnh tốt sẽ ra khỏi bàn cắt sáng bóng, không có gờ và sẵn sàng cho máy uốn.

VẤN ĐỀ 4: Kết quả không nhất quán giữa các hợp kim

Tại sao nó xảy ra: Người vận hành điều chỉnh thông số trên một sản phẩm nhưng lại gặp phải tình trạng có xỉ trên sản phẩm tiếp theo vì nhôm không phải là một loại vật liệu duy nhất. Nhôm nguyên chất dòng 1xxx dễ cắt nhưng tạo ra nhiều xỉ. Nhôm loại 5xxx dùng trong hàng hải cắt sạch nhất trong số các hợp kim thông thường. Nhôm 6xxx dùng trong kiến ​​trúc đòi hỏi kiểm soát tốc độ cẩn thận để tránh bị cháy, và tấm nhôm cường độ cao 7xxx dùng trong hàng không vũ trụ là loại nhạy cảm nhất với thông số và dễ bị nứt nhất trong tất cả.

Sự sửa chữaLưu trữ các thông số theo từng nhóm hợp kim, chứ không phải chỉ một cài đặt cho từng loại nhôm. Khi có hợp kim mới hoặc thậm chí lô hàng mới, hãy chạy thử cắt ngắn và điều chỉnh lại tốc độ và áp suất trước khi cắt toàn bộ tấm. 15 phút cắt thử tốn ít chi phí hơn so với một phôi bị hỏng.

Bảng độ dày cắt laser nhôm theo công suất

Điểm khác biệt quan trọng nhất trong bất kỳ tuyên bố nào về độ dày là độ dày cắt tối đa so với độ dày sản xuất. Độ dày cắt tối đa có nghĩa là chùm tia xuyên qua chậm, với chất lượng cạnh có thể cần phải làm lại. Độ dày sản xuất có nghĩa là tốc độ ổn định, cạnh sắc nét và tính lặp lại cao. Hãy mua và báo giá dựa trên số lượng sản xuất.

Hai ghi chú vật lý giải thích tại sao mặt bàn phẳng ở phía trên. Tỷ lệ công suất trên độ dày là dưới tuyến tính: tăng gấp đôi công suất chỉ làm tăng độ dày hữu dụng lên khoảng một nửa, chứ không phải gấp đôi, bởi vì số mũ trong mối quan hệ công suất-độ dày nằm quanh mức 0.65 đối với việc cắt bằng laser. Và đặc biệt trên nhôm dày, độ dẫn nhiệt của tấm biến nó thành một bộ tản nhiệt: công suất dư thừa lan sang hai bên vào kim loại xung quanh và làm mở rộng vùng nóng chảy nhanh hơn là làm sâu vết cắt, đó là lý do tại sao việc tăng công suất khi cắt tấm dày có nhiều xỉ thường làm dày thêm xỉ thay vì làm sạch nó.

Để có cái nhìn tổng quan về các loại kim loại như thép, thép không gỉ và nhôm ở mỗi mức công suất, thì... Thông tin tham khảo về độ dày, tốc độ và công suất khi cắt bằng laser sợi quang. Bao gồm đầy đủ các bảng đa vật liệu mà biểu đồ dành riêng cho nhôm này phù hợp.

Tại sao sự hỗ trợ của nitơ lại quan trọng đối với nhôm?

Khí hỗ trợ thực hiện 2 nhiệm vụ trong cắt laser: đẩy kim loại nóng chảy ra khỏi đường cắt và kiểm soát thành phần hóa học tại bề mặt cắt. Đối với nhôm, cả hai nhiệm vụ này đều hướng đến nitơ.

✓ Sự phóng ra dưới áp suấtNhôm nóng chảy nhanh cần phải thoát ra khỏi rãnh cắt trước khi đông đặc lại. Khí nitơ ở áp suất 15 đến 20 bar thông qua vòi phun có đường kính lớn hơn tạo ra luồng khí cơ học giúp làm sạch chất nóng chảy trong khoảng thời gian ngắn nó ở dạng lỏng. Đây là yếu tố quan trọng nhất để giảm lượng xỉ.

✓ Một mặt cắt bất độngViệc bổ sung oxy, một tiêu chuẩn trên thép carbon, phản ứng với nhôm tạo thành oxit nhôm cứng trong và xung quanh vết cắt, làm thô cạnh và gây khó khăn cho bất kỳ quá trình hàn hoặc anot hóa nào sau này. Nitơ giữ cho bề mặt cắt sáng bóng, không bị oxit và sẵn sàng để hàn ngay sau khi gia công.

✓ Không có sự hỗ trợ nào cho quá trình đốt cháy cả.Oxy có vai trò quan trọng trong thép cacbon nhờ cung cấp năng lượng tỏa nhiệt cho quá trình cắt. Nhôm không mang lại lợi ích tương xứng với nhược điểm của oxit, vì vậy việc sử dụng oxy hoàn toàn bất lợi.

✓ Khí nén là giải pháp tiết kiệm chi phí ở phân khúc tầm trung.Không khí chứa khoảng 78% nitơ, và các hệ thống khí nén cao áp hiện đại có thể cắt nhôm mỏng và trung bình một cách chấp nhận được với chi phí thấp hơn nhiều so với khí nitơ đóng chai. Có thể thấy một chút màu xám ở mép do quá trình oxy hóa một phần. Đối với biển báo và gia công chung thì chấp nhận được; còn đối với các bộ phận chuẩn bị mối hàn và các bộ phận cần mạ anod, nên sử dụng nitơ.

Ghi chú về chi phí thực tếLượng tiêu thụ nitơ tăng mạnh theo áp suất và kích thước vòi phun, điều này hoàn toàn phù hợp với việc gia công nhôm. Các xưởng gia công nhôm hàng ngày thường thấy việc trang bị máy tạo nitơ hiệu quả hơn so với các xưởng chỉ gia công thép, và phương án hỗ trợ bằng khí nén đáng để thử nghiệm trên các chi tiết thực tế trước khi cho rằng chỉ có sử dụng khí đóng chai mới là lựa chọn duy nhất.

Lưu ý an toàn mà không ai nên bỏ qua: Bụi nhôm

Bột nhôm mịn dễ cháy nổ, và việc cắt bằng laser tạo ra nó. Mối nguy hiểm không nằm ở chính quá trình cắt mà là ở hệ thống thu gom bụi: các hạt nhôm mịn tích tụ trong bộ lọc tạo thành một lượng nhiên liệu dễ cháy, và kịch bản tai nạn điển hình là cắt thép, mà tia lửa của nó đóng vai trò là nguồn gây cháy, vào một hệ thống hút bụi đã chứa đầy bụi nhôm.

Các quy tắc bảo vệ rất đơn giản. Giữ cho hệ thống hút bụi luôn sạch sẽ theo lịch trình định kỳ, không bao giờ để tia lửa thép lẫn vào bộ lọc chứa nhôm (tách biệt công việc hoặc làm sạch giữa các lần thay vật liệu), và tuân theo hướng dẫn của nhà sản xuất hệ thống hút bụi về bộ tách ướt hoặc bộ phận chống tia lửa khi xử lý lượng nhôm lớn. Mọi xưởng cắt nhôm bằng laser sợi quang với số lượng lớn đều nên coi đây là quy trình tiêu chuẩn, chứ không phải là kiến ​​thức truyền miệng.

STYLECNC Laser sợi quang cho nhôm

STYLECNC Máy cắt laser sợi quang được trang bị cấu hình phù hợp với yêu cầu của nhôm: nguồn sáng chống phản xạ ngược, được đánh giá phù hợp với kim loại phản chiếu, mạch khí hỗ trợ áp suất cao cho môi trường nitơ từ 15 đến 20 bar, và thư viện thông số cắt với các thiết lập riêng cho từng loại hợp kim nhôm. máy cắt kim loại bằng laser sợi quang tốt nhất Dòng sản phẩm này bao gồm dải công suất từ ​​1.5 đến 6 kW, dải công suất phổ biến nhất trong sản xuất nhôm, và... máy cắt laser kim loại tấm Cấu hình này nhắm đến các loại tấm kim loại mỏng và trung bình, vốn chiếm ưu thế trong sản xuất vỏ bọc, biển báo và tấm ốp.

Đối với các cửa hàng chuyên sản xuất tấm kim loại dày, máy cắt kim loại bằng laser sợi quang công suất cao ở phân khúc 12 kW, việc sử dụng nhôm sản xuất 20 mm trở nên khả thi. Và để có cái nhìn thực tế về khả năng ở phân khúc cơ bản, 1000W Video hướng dẫn cắt nhôm 3mm bằng laser sợi quang IPG Hình ảnh này cho thấy chính xác hàng dưới cùng của biểu đồ độ dày trông như thế nào trên vật liệu thực tế. Vui lòng liên hệ với chúng tôi. STYLECNC Hãy cho chúng tôi biết loại hợp kim, phạm vi độ dày và khối lượng sản xuất hàng tháng của bạn để nhận được cấu hình và khuyến nghị hệ thống khí phù hợp với công việc gia công nhôm.

Câu Hỏi Thường Gặp

Liệu laser sợi quang có thể cắt nhôm mà không làm hỏng chính nó không?

Vâng, trên bất kỳ máy móc hiện đại nào cũng được. Nỗi lo ngại trước đây xuất phát từ khả năng phản xạ khoảng 90% của nhôm ở bước sóng sợi quang: trong quá trình cắt, bề mặt chưa cắt sẽ phản xạ năng lượng chùm tia trở lại hệ thống quang học, và các nguồn sáng không được bảo vệ ban đầu có thể bị hư hỏng. Các nguồn sáng sợi quang hiện nay được trang bị lớp cách ly phản xạ ngược và các cảm biến phát hiện lỗi an toàn, đó là lý do tại sao nhôm hiện nay là vật liệu sản xuất thông thường. Hãy xác nhận xếp hạng kim loại phản xạ của nguồn sáng trước khi mua, sau đó bạn có thể cắt một cách tự tin.

Tại sao lại có cặn bẩn trên các sản phẩm cắt laser trên nhôm của tôi?

Vì nhôm nóng chảy nguội quá nhanh nên không thể thoát ra ngoài. Tấm nhôm dẫn nhiệt nhanh gấp khoảng 5 lần so với thép, do đó kim loại nóng chảy trở nên sệt trong rãnh cắt và đông cứng lại ở cạnh dưới trước khi khí đẩy nó ra. Trình tự khắc phục hiệu quả: tăng áp suất nitơ lên ​​khoảng 15 đến 20 bar, lắp vòi phun lớn hơn, ấn sâu hơn (âm) vào vật liệu và giảm tốc độ cấp liệu từ 10 đến 15 phần trăm. Chỉ tăng công suất sau khi quá trình đẩy phôi diễn ra tốt; tăng công suất cho vết cắt đẩy phôi kém chỉ tạo ra nhiều xỉ hơn.

Máy cắt laser có thể cắt nhôm dày tối đa bao nhiêu?

Xét theo công suất, trong sản xuất: 1 kW xử lý độ dày từ 1 đến 2 mm, 3 kW khoảng 4 đến 6 mm, 6 kW khoảng 8 đến 12 mm, và 12 kW xử lý độ dày từ 12 đến 20 mm với độ cắt tối đa gần 30 mm. Trên khoảng 20 mm, chất lượng cạnh cắt sẽ giảm bất kể công suất vì độ dẫn nhiệt của nhôm làm cho năng lượng chùm tia lan truyền theo chiều ngang vào tấm nhôm nhanh hơn so với việc làm sâu thêm vết cắt. Báo giá dựa trên độ dày sản xuất, không phải dựa trên thông số độ cắt ghi trong tài liệu quảng cáo.

Tôi có cần khí nitơ để cắt nhôm bằng laser không?

Để có các cạnh sạch, sẵn sàng hàn và anod hóa, thì đúng là nên dùng khí nitơ áp suất cao: khí nitơ sẽ đẩy phần nhôm nóng chảy ra ngoài và giữ cho bề mặt cắt không bị oxit, trong khi oxy lại gây hại cho nhôm bằng cách tạo ra oxit cứng trên cạnh mà không mang lại lợi ích gì về mặt đốt cháy. Giải pháp thay thế tiết kiệm hơn là sử dụng khí nén áp suất cao, chứa 78% nitơ, và có thể cắt nhôm mỏng đến trung bình ở mức chấp nhận được với một chút màu xám ở cạnh. Đối với biển báo và các công việc chế tạo thông thường, có thể sử dụng khí nén; còn công đoạn chuẩn bị hàn và các công việc thẩm mỹ nên sử dụng khí nitơ.

Có thể một CO2 Nhôm cắt bằng laser?

Kém hiệu quả và không được khuyến khích sử dụng. Nhôm phản chiếu... CO2 Bước sóng 10.6 micron của laser hấp thụ mạnh hơn nhiều so với bước sóng của sợi quang, do đó khả năng ghép nối kém hơn, nguy cơ phản xạ ngược cao hơn và độ dày cửa sổ thực tế mỏng hơn. Đây là một trong những lý do chính khiến ngành chế tạo kim loại chuyển hẳn sang sử dụng nguồn laser sợi quang: chùm tia 1064 nm hấp thụ tốt hơn nhiều lần trong nhôm, khiến cho sự ghép nối kém hiệu quả hơn. CO2 chuyển đổi quy trình thành quy trình sợi thông thường.

Tại sao các hợp kim nhôm khác nhau lại có khả năng cắt khác nhau?

Thành phần hóa học của hợp kim làm thay đổi tính chất nóng chảy. Nhôm nguyên chất dòng 1xxx dễ cắt nhưng tạo ra nhiều xỉ nhất. Nhôm loại 5xxx dùng trong hàng hải là loại được ưa chuộng vì khả năng cắt sạch. Hợp kim nhôm 6xxx dùng trong kiến ​​trúc cần kiểm soát tốc độ chặt chẽ để tránh bị cháy, và tấm nhôm 7xxx dùng trong hàng không vũ trụ là loại nhạy cảm nhất với các thông số và dễ bị nứt nhất. Sự khác biệt giữa các lô sản xuất thậm chí còn làm phức tạp thêm vấn đề ngay cả trong cùng một loại hợp kim. Giải pháp hiệu quả là tạo ra một thư viện thông số cho mỗi dòng hợp kim và thực hiện một lần cắt thử nhanh mỗi khi có vật liệu mới.

Lời kết

Nhôm được cắt rất đẹp trên máy cắt laser sợi quang khi thiết lập tuân thủ hai đặc tính xác định của nó. Độ phản xạ được giải quyết bằng các nguồn sáng hiện đại được bảo vệ và quá trình xuyên thủng được kiểm soát. Độ dẫn điện, nguyên nhân gây ra xỉ và giới hạn độ dày, được giải quyết bằng cách loại bỏ: khí nitơ áp suất cao, vòi phun phù hợp, tiêu điểm âm và tốc độ chính xác. Điều chỉnh công suất phù hợp với cột độ dày sản phẩm thay vì yêu cầu cắt, giữ các thông số cho từng loại hợp kim và giữ cho hệ thống hút bụi sạch sẽ.

STYLECNC cấu hình máy cắt laser sợi quang Dành cho gia công nhôm, từ máy cắt tấm 1 kW đến hệ thống gia công tấm 12 kW, với các mạch khí và thư viện thông số đáp ứng yêu cầu vật liệu. Gửi STYLECNC Hãy kết hợp phạm vi độ dày và hợp kim của bạn để nhận được khuyến nghị dựa trên các số liệu nêu trên.