Laser-Rohrschneiden – Das sollten Sie wissen

Laser-Rohrschneiden ist eine vielseitige und effiziente Methode, die in verschiedenen Branchen zum präzisen Schneiden und Bearbeiten von rohrförmigen Metallkomponenten eingesetzt wird. Hier erfahren Sie, was Sie über das Laserrohrschneiden wissen müssen:

Faser vs. CO₂ Laserstrahlen

Einige Dinge sind recht auffällig. Der Lasergenerator eines Faserlasers ist im Vergleich zu einem herkömmlichen CO₂ Resonator. Tatsächlich wird der Faserlaser durch Diodenbänke erzeugt, die in einem Aktenkoffer-großen Modul zusammengefügt sind, dessen Leistung zwischen 600 und 1.500 Watt liegen kann. Mehrere Module werden zusammengefügt, um den endgültigen Resonator zu erzeugen, der normalerweise die Größe eines kleinen Aktenschranks hat. Das erzeugte Licht wird durch Glasfaserkabel geleitet und verstärkt. Wenn das Licht das Glasfaserkabel verlässt, ist es dasselbe wie bei seiner Erzeugung, ohne Leistungs- oder Qualitätsverlust. Es wird dann auf die Art des zu schneidenden Materials eingestellt und fokussiert.

Der CO₂ Der Resonator ist viel größer und benötigt mehr Energie, da Elektrizität in eine Gasmischung eingeleitet wird, um den Laserstrahl zu erzeugen. Spiegel helfen dem Licht, an Intensität zu gewinnen, und bereiten es auf den Austritt aus dem Resonator vor. Nach dem Verlassen des Resonators muss der Strahl einen Weg durch mehrere gekühlte Spiegel zurücklegen, bis er die Linse erreicht. Dieser Weg führt zu einem Leistungs- und Qualitätsverlust des Laserstrahls.

Aufgrund der Energiemenge, die zur Erzeugung eines CO₂ Laser ist weniger effizient und hat im Vergleich zu einem Faserlaser eine viel geringere Steckdoseneffizienz. Daraus folgt, dass die großen Kältemaschinen, die für die CO₂ Laser benötigen auch insgesamt mehr Leistung. Angesichts der Steckdoseneffizienz des Faserlaserresonators von über 40 Prozent verbrauchen Sie nicht nur weniger Strom, sondern auch weniger stark beanspruchte Stellfläche.

Manche Dinge sind nicht ganz so offensichtlich, bis man einen Faserlaser im Betrieb genauer betrachtet. Da sein Strahldurchmesser oft ein Drittel der Größe eines CO₂ Strahl hat ein Faserlaser eine höhere Leistungsdichte als ein CO₂ Laserstrahl. Dadurch kann die Faser nicht nur schneller schneiden, sondern auch schneller durchstechen. Diese kleinere Strahlgröße gibt der Faser auch die Fähigkeit, komplizierte Formen zu schneiden und scharfe Kanten zu hinterlassen. Stellen Sie sich vor, Sie schneiden ein Firmenlogo aus einer Röhre, wobei der Abstand zwischen den Buchstaben des Logos 0,035 Zoll beträgt; eine Faser kann diesen Schnitt machen, während eine CO₂ Laser kann das nicht.

Faserlaser haben eine Wellenlänge von 1,06 Mikrometer, was 10 Prozent kleiner ist als die eines CO₂ Laserstrahl. Mit seiner viel kleineren Wellenlänge erzeugt der Faserlaser einen Strahl, der vom reflektierenden Material viel leichter absorbiert wird; ein CO₂ Laser wird viel eher von der Oberfläche dieser Materialien reflektiert. Aus diesem Grund können Faserlaserschneidmaschinen Messing, Kupfer und andere reflektierende Materialien schneiden. Es ist zu beachten, dass ein CO₂ Vom Material reflektierter Laserstrahl kann nicht nur die Schneidlinse der Maschine beschädigen, sondern auch den gesamten Strahlengang. Durch die Verwendung eines Glasfaserkabels für den Strahlengang wird dieses Risiko ausgeschlossen.

Natürlich benötigt der Faserlaser nicht so viel Aufmerksamkeit in Bezug auf die Wartung. Es sind keine Spiegelreinigung und Balgprüfungen erforderlich, die ein CO₂ Laserschneidmaschine braucht. Solange er sauberes Kühlwasser zur Kühlung erhält und die Luftfilter regelmäßig ausgetauscht werden, ist der Faserlaser selbst wartungsfrei.

Ein weiterer Aspekt sind die Aktenkoffer-großen Module des Faserlasers – sie ermöglichen Redundanz. Wenn ein Modul ein Problem hat, schaltet sich der Resonator nicht vollständig ab. Der Faserlaser ist insofern redundant, als die anderen Module vorübergehend mehr Leistung erzeugen können, um das ausgefallene Modul zu unterstützen, bis die Reparaturen abgeschlossen sind – die übrigens vor Ort durchgeführt werden können. In anderen Fällen kann der Faserresonator mit reduzierter Leistung weiterarbeiten, bis Reparaturen durchgeführt werden können. Leider kann ein CO₂ Wenn beim Resonator ein Problem vorliegt, ist der gesamte Resonator ausgefallen und nicht nur in einem Modus mit reduzierter Leistung.

Die Höhen und Tiefen des Wannenschneidens mit dem Laser

Früher dachten viele, dass Faserlaser nur für dünne Materialien verwendet werden könnten. Der CO₂ , mit seiner größeren Wellenlänge, erzeugte beim Schneiden von dicken Materialien genügend Schnittfuge, sodass ausreichend Platz zum Materialabtrag blieb; der Faserlaser konnte bei dickeren Materialien nicht dieselbe Schnittfuge oder dieselben Ergebnisse erzielen. Dieses Problem wurde in den letzten Jahren jedoch durch Kollimationstechnologie gelöst, mit der ein breiterer, vom Faserlaser erzeugter Strahl erzeugt werden kann, der bei dicken Materialien für Materialtrennung und Raum zum Materialabtrag sorgt. Und da die Strahlbreite umschaltbar ist, kann die Maschine den schmäleren Strahl zum Bearbeiten dünner Materialien verwenden, was eine schnellere Bearbeitung von Materialien unterschiedlicher Größe auf derselben Faserlaserschneidmaschine ermöglicht.

Rohrlaserschneiden

Heute werden Blechlaserschneidmaschinen mit Lasertechnologie verkauft, die bis zu 12 kW Leistung liefern kann. Laser-Rohrschneiden Die Höchstleistung der Maschine liegt normalerweise bei 5 kW, da bei höherer Leistung gleichzeitig auch die gegenüberliegende Seite des Rohrs durchgeschnitten würde.

Möglicherweise ist Ihnen aufgefallen, dass wir die Schnittgeschwindigkeit noch nicht besprochen haben. Es ist möglich, bis zu 500 Zoll pro Minute in ein Rohr zu schneiden, aber das ist nicht immer realistisch. Beim Laserrohrschneiden sollte der eigentliche Fokus darauf liegen, wie lange es dauert, ein Rohr zu laden, es so zu positionieren, dass es sich in der richtigen Position zum Schneiden befindet, es zu durchstechen und zu schneiden und das Teil zu entladen. Bei Laserrohrschneidemaschinen geht es eher um die Teileverarbeitungszeit, nicht um die Schnittgeschwindigkeit.

Material zum Laserschneiden von Rohren

Eine Laserschneidmaschine, die Blech schneidet, kann ein Blech in Sekundenschnelle austauschen. Dasselbe kann mit einer Laser-Rohrschneidemaschine gemacht werden, aber die Vorgehensweise ist eine ganz andere Geschichte.

Bei einer Laser-Rohrschneidemaschine gibt es keine Standard-Materialtürme. Bündellader, die effizienteste Option zur Handhabung von Rohrmaterial, führen über ein Vereinzelungssystem jeweils ein Rohr aus dem Bündel in den Rohrlaser ein. Diese Art von Zuführmechanismus funktioniert nicht bei offenen Profilen wie Winkeln oder Kanälen, da diese sich in einem Bündel verhaken und sich nicht so leicht lösen. Bei offenen Profilen werden Schrittlader verwendet, die einen Abschnitt nach dem anderen in die Maschine einführen und dabei die richtige Ausrichtung dieses Abschnitts beibehalten.

Diese Rohre sind nicht klein. In den USA beträgt die Standardlänge 24 Fuß. An der Westküste arbeiten einige normalerweise mit 20 Fuß Länge als Standardgröße.

Vielfalt ist die Realität in jeder Werkstatt, und das gilt auch für diejenigen, die einen Rohrlaser betreiben. Es ist nicht ungewöhnlich, dass Teile verschiedener Größen aus einem Rohr kommen. Die Maschine muss in der Lage sein, lasergeschnittene Teile, die zwischen 2 Zoll und 15 Fuß lang sein können, direkt nacheinander zu entladen. Sie muss diese Teile auch entladen können, ohne sie zu beschädigen, was bei weicheren Metallen wie Aluminium eine Herausforderung sein kann.

Die Beschaffenheit eines Rohrs macht eine Maschine mit einem Hochleistungslaser überflüssig. Während Flachblech-Laserschneidmaschinen heute mit Lasergeneratoren mit einer Leistung von bis zu 12 kW erhältlich sind, benötigen Rohrlaserschneidmaschinen normalerweise nur eine Leistung von maximal 5 kW. Bei einem Rohr müssen Sie immer an die gegenüberliegende Seite des Rohrs denken, die Sie schneiden. Ein leistungsstärkerer Laser würde beim Schneiden einfach durch die andere Seite des Rohrs blasen. (Wenn Sie mit dem Rohrlaser einen Strahl oder einen Kanal bearbeiten, müssen Sie sich natürlich keine Gedanken über die andere Seite machen.)

Ein weiterer Aspekt beim Rohrschneiden ist die Schweißnaht. Dieses Material wird rollgeformt und zusammengeschweißt. Dies wirft zwei Punkte auf, die normalerweise berücksichtigt werden müssen:

Beim Laserschneiden muss die Positionierung der Schweißnaht des Rohrs berücksichtigt werden. Die Schweißnaht darf nicht mit Stiften oder Löchern in Konflikt geraten, und für ästhetische Anwendungen, wie z. B. Möbel, müssen die Schweißnähte so weit wie möglich verborgen sein. In einem herkömmlichen Laser-Rohrschneidesystem wird das Rohr mit einem optischen Sensor nach der Schweißnaht abgetastet. Rohre sind häufig mit Öl oder Rost bedeckt, und die Schweißnaht lässt sich nur schwer von anderen verunreinigten Oberflächenbereichen unterscheiden. Bei rostfreiem oder verzinktem Stahl ist die Schweißnaht möglicherweise nur innen sichtbar. Das hat einige Hersteller dazu veranlasst, Kameras in ihre Systeme einzubauen, mit denen die Maschinen nicht nur die Außenseite des Rohrs, sondern auch die Innenseite scannen können. Dadurch kann die Maschine die verdeckte Schweißnaht erkennen und die Teile richtig in Bezug darauf positionieren.
Die Schweißnähte haben außerdem eine andere Zusammensetzung und werden anders geschnitten als der Rest Ihres Rohrs. Bisher mussten die Bediener bei allen Vorgängen an einem Rohr die Leistung verringern oder erhöhen, um die Schweißnaht zu berücksichtigen. Heute haben einige OEMs ihre Steuerungstechnologie und -parameter so entwickelt, dass die Maschine eine Schweißnaht herausfiltern und nur diese Abschnitte anpassen kann. Dadurch kann die Maschine diese Teile am schnellsten bearbeiten. Die Steuerung passt Leistung, Frequenz und Arbeitszyklus automatisch an, während sich der Laser durch das Rohr – und seine Schweißnaht – arbeitet. Der Bediener muss keine perfekten Parameter erstellen; er kann sich darauf konzentrieren, Material in die Maschine hinein und aus ihr heraus zu befördern.

Beim Rohrlaserschneiden ist nichts perfekt

Bedenken Sie, dass es keine perfekten Rohre gibt. Rohre haben Bögen. Schweißnähte können nicht nur außen, sondern auch innen hervorstehen. Es ist eine echte Herausforderung, dieses Material konsistent und schnell zu verarbeiten, wenn solche Inkonsistenzen von einem Produktlauf zum nächsten bestehen.

Stellen Sie sich vor, Sie müssten ein Durchgangsloch zentriert in einem Rohr platzieren. Es muss auf die tatsächliche Abmessung zentriert sein, nicht nur auf eine Seite des Rohrs. Wenn das Rohr gebogen ist, wird es schwieriger. Das ist das Leben der Rohrherstellung.

Wie gleicht man das aus? Traditionell geht man nach unten und berührt die Oberfläche mit einem Sensor, der den Kontaktpunkt markiert. Dann wird das Rohr gedreht und die gegenüberliegende Seite des Rohrs berührt. Dadurch erhält die Steuerung eine Vorstellung davon, wie stark das Rohr gekrümmt ist. Diese Methode ist präzise und kann sicherstellen, dass diese Durchgangslöcher für die Anwendung geeignet sind. Bedenken Sie jedoch, dass mit jeder Drehung des Rohrs die Fähigkeit, sehr hohe Toleranzen zu liefern, abnimmt.

Rohrlaserschneidmaschinen

Der andere zu berücksichtigende Faktor ist, dass die herkömmliche Methode zur Überprüfung auf Biegungen und Verdrehungen im Rohr bis zu fünf oder sieben Sekunden dauern kann, bevor der Schnitt beginnt. Bei der herkömmlichen Methode der Berührungserkennung müssen Sie Produktivität gegen Genauigkeit eintauschen. Auch hier kann dies im Zeitalter des Faserlaserschneidens wie eine Ewigkeit erscheinen, aber die Arbeit mit Rohren ist nicht so einfach wie die Arbeit mit Blech.

Um die Zeitlücke bei der Rohrprüfung zu schließen, verwenden einige Maschinenhersteller Kameras für diese Prüfungen. Sie verkürzen die Qualitätsprüfung auf etwa eine halbe Sekunde und verringern auch die Anzahl der erforderlichen Umdrehungen. Dadurch bleiben die Produktivität und Genauigkeit der Maschine erhalten.

Die Realität ist, dass die Einkaufsabteilung immer die kostengünstigere Option wählen wird. Das bedeutet, dass die Rohre, die in einer Woche aus dem Werk kommen, in der nächsten Woche wahrscheinlich nicht mehr dieselben sein werden. Ein Hersteller muss lernen, mit dieser Vielfalt umzugehen.

Fokus auf die Produktion von Fertigteilen

Faserlaser sind praktisch wartungsfrei, weisen im Vergleich zu herkömmlichen CO2-Laserschneidmaschinen eine höhere Effizienz auf, können reflektierende Materialien schneiden und bieten präzise Schnitte. Beim Schneiden bestimmter Metalldicken sind sie außerdem schneller als CO2-Maschinen. Beim Schneiden von Rohren ist die Geschwindigkeit jedoch relativ. Die wirkliche Zeitersparnis ergibt sich aus der Beschleunigung der Rohrverarbeitungszeit und der Herstellung fertiger Teile.