För bara ett decennium sedan ansågs fiberlaserskärare vara specialister på tunnplåt. Butikerna upptäckte snabbt att de var tvungna att investera i dem för att konkurrera, eller åtminstone skära av sitt mätmaterial. För högkvalitativ plåtskärning är CO2-lasrar fortfarande vägen att gå. Visst kunde fiberlasrar skära tjockare ämnen, men kvaliteten var inte bra, och deras hastighetsfördel försvann nästan när man skär mycket tjocka plåtar. Idag har världen förändrats.
Hjälpgasteknologi har kommit långt på bara några år och den är en av de viktigaste bidragsgivarna till det snabbt föränderliga området för laserskärning. Linsmaterial och deras design har förbättrats, liksom skärhuvuden och munstycken. Moderna fiberlaserstråleleveranssystem kan ses klara sig bekvämt med enorma fotonkrafter. 20, 30 och till och med 50 kW ultrahögeffektlasrar kan nu skära tjocka plåtar snabbt och rent.
"Ren" är det operativa ordet här. Huruvida en laser är ekonomiskt förnuftig beror på kostnaden per del. Idag blomstrar högeffektlasrar inom området för precisionsskärning av plattor. Om en del tidigare plasmaskurades och sedan avgradades eller färdigbehandlades på en fräs, kanske det nu kan göras på en fiberlaser.
Extra gasblandning hjälper till att göra det hela möjligt. Även de tjockaste plattorna idag bearbetas inte med syre, utan med en kväve-syreblandning. Hjälpgasströmmen består fortfarande huvudsakligen av kväve, en inert gas som driver ut den smälta metallen från skäret, men en liten del syre tillhandahåller den kemiska reaktionen som hjälper till att föra skäret till botten för en slaggfri kant.
Stativet mellan ytan och munstycket har gjorts så litet att det nästan är obefintligt, allt för att tillåta ett laminärt flöde av hjälpgaser genom snittet så att kväve-syreblandningen kan fungera som avsett. Vid precisionsskärning av plattor är överdriven extra gasturbulens fienden till ren laserskärning.
Tidiga gasblandningsapplikationer dök upp för mer än ett decennium sedan, inte för tjockt stål, utan för slaggfri skärning av aluminium. Steve Albrecht, president för Pewaukee, Wisconsin-baserade Liberty Systems, en leverantör av kvävegenerering och gasblandning, minns att han använde kväve-syreblandningar i början av 2010-talet, inte för fiberlasrar, utan för en 4 kW CO2 system för att skära 0.125-tum tjockt aluminium.
"Aluminium har ett oxidskikt ovanpå," säger Albrecht, "och du måste bränna bort det för att förhindra slagg eller grader. Som applikationsingenjörerna upptäckte hjälper en kvävgasassisterad luftström med en dos syre att eliminera den hårda för att ta bort avskum på kanterna av laserskuren aluminium.
"Som ett mjukare material har aluminium några unika egenskaper för laserskärning", säger David Bell, VD för Witte Gas Control i Alpharetta, Georgia, "Gasblandningen är till hjälp. Om du skär aluminium med syre bränner du det. Om du skär den med kväve får du kantstrimmor Blanda de två så får du ett renare snitt.
När fiberlasrar började ta över marknaden och tillgänglig kraft fortsatte att växa, fortsatte strategierna för hjälpgas att utvecklas. Applikationsingenjörer började experimentera med olika kombinationer av kväve och syre.
Som Albrecht minns, när ingenjörer började få bra resultat med syrenivåer som närmade sig 20 procent, öppnade det dörren för att använda ultratorr luft för skärning. Detta sparade tillverkaren mycket pengar, särskilt med tanke på mängden hjälpgas som förbrukades av de tidiga fiberlasrarna.
"När de första 6 kW och 8 kW fibrerna kom ut", säger Albrecht, "det var då ultratorr luftskärning verkligen började ta fart.
Men eftersom fiberlasereffekten fortsatte att öka ändrades den extra gasstrategin. Skärförhållandena för fiberlasrarna med högsta effekt byggdes kring exakta kväve-syreblandningar med låg syrehalt.
OEM-tillverkare av laserskärare började experimentera med olika munstycken och olika tillvägagångssätt för att uppnå ett jämnt laminärt flöde av hjälpgaser runt en kraftfullare stråle. Munstyckskonstruktioner optimerades. Vissa munstycksgeometrier fångar gasen på toppen av metallen. Andra tekniker använder luft "gardiner" runt kolonnen av hjälpgas. Som Albrecht förklarar beror dessa metoder på maskinbyggaren, men alla arbetar mot samma mål: att uppnå bästa snittkvalitet till lägsta kostnad per styck. Detta inkluderar användningen av hjälpgaser och i synnerhet att hitta den optimala blandningen för att förbättra skärkvaliteten och hastigheten.
