Преходът към високомощни влакнесто-лазерни системи при обработката на дебели листове

Индустриални новини

Преходът към високомощни влакнесто-лазерни системи при обработката на дебели листове

В продължение на десетилетия обработката на дебели листове – над 20 mm – беше домейн на плазменото рязане, кислородно-горивното рязане и в някои случаи на водното рязане. Всеки метод имаше своите компромиси: плазмата беше бърза, но оставяше видими скосявания и шлака по ръбовете; кислородно-горивното рязане беше бавно и ограничено до въглеродна стомана; водното рязане осигуряваше чисти ръбове, но със скорости, твърде ниски за производствени обеми. Машините за високомощно влакнесто-лазерно рязане (12 000 W до 30 000 W) променят този пейзаж, внасяйки прецизността и скоростта на влакнесто-лазерното рязане в диапазони на дебелина, които преди бяха непрактични.

Тази статия разглежда текущите тенденции на приложение, които стимулират приемането на високомощни влакнесто-лазерни системи в индустриите за дебели листове, какво означава този преход за производителите и накъде се насочва технологията.

Индустрии, стимулиращи приемането на високомощни лазери

Конструкционна стомана и строителство

Производителите на конструкционна стомана, обработващи I-греди, H-секции и дебели листове (20–50 mm), са сред най-бързо растящите потребители на високомощни влакнесто-лазерни системи. Традиционните методи изискваха рязане + пробиване + плазмено рязане като отделни операции. Влакнесто-лазерна система с мощност 20 000 W може да реже конструкционни профили, отвори и скосявания в една настройка – намалявайки времето за обработка и подобрявайки точността на размерите. Способността да реже дебела въглеродна стомана с минимална шлака означава по-малко последващо шлайфане и по-кратки производствени цикли.

Корабостроене и морска индустрия

Корабостроителите работят с дебели стоманени листове (обикновено 10–40 mm, понякога до 60 mm за секции на корпуса). Индустрията традиционно разчита на плазмено рязане и кислородно-горивно рязане, приемайки компромиса в качеството на ръбовете. Високомощните влакнесто-лазерни системи (20 000 W – 30 000 W) вече съответстват или надминават скоростите на плазменото рязане при тези дебелини, като същевременно осигуряват значително по-чисти ръбове – намалявайки или елиминирайки необходимостта от вторична обработка. По-тясната ширина на разреза на влакнесто-лазерните системи (обикновено 0,2–0,5 mm срещу 2–5 mm за плазмата) също означава по-малко разхищение на материал при скъпата морска стомана.

Производство на съдове под налягане и котли

Производството на съдове под налягане изисква прецизно качество на ръбовете, тъй като подготовката на заваръчните ръбове пряко влияе върху целостта на заваръчния шев. Високомощните влакнесто-лазерни системи могат да режат дебели листове (25–45 mm) с чисти, прави ръбове, които изискват минимална подготовка преди заваряване. Това е особено ценно за тръбни решетки на котли и фланецови плочи, където качеството на отворите и перпендикулярността на ръбовете са критични.

Тежко машиностроене и минно оборудване

Производителите на багери, товарачи и минно оборудване обработват дебели износоустойчиви стоманени листове (Hardox и подобни) в диапазона 20–40 mm. Влакнесто-лазерните системи с мощност 12 000 W – 20 000 W могат да режат тези материали ефективно, въпреки че твърдостта на износоустойчивите стомани може да изисква намалени скорости в сравнение със стандартната въглеродна стомана при еквивалентни дебелини.

Влакнесто-лазерно рязане срещу традиционни методи: сравнение за дебели листове

Данните показват, че високомощните влакнесто-лазерни системи все още не достигат кислородно-горивното рязане при екстремни дебелини (над 60 mm) или плазмата по отношение на покупната цена. Но по комбинираните показатели за качество на ръба, ширина на разреза, намаляване на разхищението на материал и елиминиране на вторични операции, влакнесто-лазерните системи осигуряват по-ниска обща цена на част в диапазона на дебелина 20–50 mm, където се извършва по-голямата част от конструкционната и тежката обработка.

Тенденцията за генериране на азот

Тъй като високомощните влакнесто-лазерни системи навлизат в по-дебело рязане на неръждаема стомана и алуминий, потреблението на азот се превръща в значителен оперативен разход. Индустриалната тенденция е ясна: цеховете, инвестиращи в машини с мощност 12 000 W+, все по-често залагат в бюджета си за PSA генератори за азот на място, заедно със самия лазер.

PSA (Pressure Swing Adsorption) генератор за азот произвежда азот с чистота 95–99,99% при поискване, елиминирайки разходите за доставка на бутилки и прекъсванията на доставките. За цех, който работи с лазер с мощност 20 000 W върху неръждаема стомана с дебелина 20 mm, разходите за азот могат да надхвърлят разходите за електричество за една година работа. Генерирането на място обикновено се изплаща в рамките на 12–24 месеца при операции на няколко смени.

Автоматизация: следващият слой на производителността

Суровата скорост на рязане е само част от уравнението за производителност. Зареждането на материали, сортирането на части и отстраняването на отпадъци все по-често се превръщат в тясното място при операциите с високомощни лазери. Индустрията се движи към:

• Автоматизирано зареждане на листове – Вакуумни или магнитни системи, които зареждат сурови листове върху обменната маса без намеса на оператор
• Системи за сортиране – Роботизирани ръце или автоматизирани сортировъчни конвейери, които отделят изрязаните части от скелетите, намалявайки ръчната обработка
• Кулово съхранение – Многоетажни системи за съхранение на материали, които захранват лазера автоматично, позволявайки работа без осветление за нощни смени
• Софтуерна интеграция – CAM софтуер за гнездене, който оптимизира разположението на листа и автоматично генерира пътища на рязане, минимизирайки разхищението на материал и времето за програмиране

За европейските производители, изправени пред високи разходи за труд, автоматизацията не е опция – това е пътят към поддържане на конкурентни разходи за част. Високомощен влакнесто-лазерен апарат, работещ на две смени с ръчно зареждане, произвежда приблизително 60% от теоретичния си капацитет. Добавете автоматизирано зареждане и сортиране и използването може да надхвърли 85%.

Фактори, движещи европейския пазар

Няколко фактора правят европейските производители особено възприемчиви към технологията на високомощните влакнесто-лазерни системи:

• CE съответствие – Директивата за машините на ЕС изисква лазерното оборудване да отговаря на строги стандарти за безопасност. Машини от утвърдени производители с CE сертификат могат да бъдат въведени в експлоатация без допълнителни модификации.
• Разходи за труд – Високите ставки на труда правят автоматизацията и консолидацията на процесите (едноетапно рязане срещу многопроцесна обработка) финансово привлекателни
• Екологични регулации – Влакнесто-лазерните системи не произвеждат процесни емисии (за разлика от плазмата, която генерира изпарения), съобразявайки се с екологичните директиви на ЕС
• Очаквания за качество – Европейските OEM производители в автомобилостроенето, космическата индустрия и строителството изискват по-високо качество на ръбовете и по-строги допуски от много други пазари

Какво означава това за производителите, оценяващи високомощни лазери

• Оценете разпределението на дебелините – Ако повече от 30% от работата ви е въглеродна стомана с дебелина 20 mm+, машина с мощност 12 000 W – 20 000 W вероятно ще подобри производителността и ще намали разходите за част
• Вземете предвид газовата стратегия – Заделете бюджет за генериране на азот на място, ако редовно режете неръждаема стомана или алуминий
• Планирайте автоматизацията от първия ден – Дори ако започнете с ръчно зареждане, уверете се, че машината поддържа бъдеща интеграция на автоматизация
• Проверете съответствието с CE – За внедряване в Европа маркировката CE е задължителна; потвърдете това преди покупка
• Изчислете общата цена на част – Включете електричество, газ, консумативи, труд и спестявания от вторични операции – не само покупната цена