Устройство лазерных станков для резки труб. Часть 4

Система подачи и управления вспомогательным газом

Лазерная резка металла практически всегда выполняется с подачей вспомогательного газа в зону реза. В станке имеется газовая система: баллоны или магистраль с газом (кислород, азот, сжатый воздух — в зависимости от задач), редукторы давления, электромагнитные клапаны, манометры, датчики потока. По команде ЧПУ включается подача нужного газа в режущую головку. Система регулирует давление — например, при пробивке (начале реза) обычно нужен кратковременный усиленный поток газа, а при резке — устойчивый поток определенного давления.

Газ выполняет несколько функций:

Выдувание расплава из реза. Струя под большим давлением эффективно удаляет жидкий расплав металла из пропила, не давая ему затвердеть на кромке. Это обеспечивает чистоту и отсутствие наплывов.

Защита от окисления. При использовании инертных газов (азот, аргон) расплавленный металл не контактирует с кислородом воздуха, и кромка получается светлой, без оксидной пленки. Это важно для нержавеющих сталей — чтобы не ухудшить их коррозионную стойкость.

Охлаждение зоны реза. Быстрый поток газа отводит тепло и охлаждает непосредственно границы реза, что предотвращает перегрев детали.

Газовая система станка может переключаться между газами. Многие лазерные комплексы подключаются одновременно к баллонам (или рампе) с кислородом и азотом, а также имеют линию от компрессора с чистым сжатым воздухом. Оператор программно задает, где какой газ использовать. Например, можно резать углеродистую сталь кислородом (чтобы быстрее и дешевле — кислород дешевле азота), а нержавеющую сталь — азотом (чтобы не было окислов). Воздух часто применяют для резки алюминия или тонкой стали с целью экономии — он бесплатный, хотя дает чуть худшее качество (налет оксидов).

Важная часть газовой системы — это сопло. Диаметр сопла подбирается под мощность и газ. Узкое сопло дает более высокое давление струи, но покрывает меньшую зону реза; широкое — наоборот. Правильный выбор сопла и давления существенно влияет на отсутствие заусенцев. Например, слишком низкое давление — расплав не успевает выдуваться и прилипает в виде капель; слишком высокое — может выдувать расплав так интенсивно, что образуются рваные края. Технолог должен найти баланс для каждого материала и толщины.

Система охлаждения

При работе лазера выделяется много тепла. Оптоволоконный источник, хоть и эффективнее старых лазеров, но при киловаттах выходной мощности все равно греется. Поэтому станок оснащен охлаждающей системой — чаще всего это чиллер (промышленный холодильник), прокачивающий охлаждающую жидкость.

Чиллер поддерживает заданную температуру (например, +20°C) в контуре. Он состоит из компрессора, теплообменника, насосов и фреонового контура как в кондиционере. Жидкость (вода с добавками или специальный хладагент) циркулирует через лазерный модуль и головку, забирает тепло и отдает его на радиатор охлаждения.

Без эффективного охлаждения лазер быстро вышел бы из строя или снизил мощность из-за перегрева, поэтому эта система — критически важная часть станка. Обычно чиллер идет отдельным блоком, соединенным шлангами со станком. Он снабжен сигнализацией — при перегреве или утечке жидкости станок отключится для сохранности оборудования.

В некоторых маломощных лазерах (до сотен ватт) может применяться воздушное охлаждение — просто вентиляторы. Но для киловаттных систем это не подходит, поэтому подавляющее большинство лазерных труборезов имеют водяные охладители.

Система удаления дыма и шлака

Лазерная резка генерирует дым (оксиды, испарения металлов) и мелкие частицы расплавленного металла (шлака). Чтобы обеспечить чистоту рабочей зоны и безопасность (лазерные испарения могут быть токсичными, например, при резке оцинкованной стали выделяются цинковые пары), станок комплектуется вытяжной вентиляцией и иногда сборщиками шлака.

Вытяжная система. Над зоной реза обычно размещен кожух или сопло вытяжки, подключенное к мощному вентилятору и фильтрующим устройствам. При резке трубы, особенно открытой, организовать вытяжку сложнее, чем в листовом станке (где есть стол-короб с вытяжкой). Но конструкция трубореза предусматривает либо локальную вытяжку непосредственно около точки реза, либо общий кожух вокруг всей зоны резки с отводом дыма. Дым и пыль проходят через фильтры (искрогасители, затем картриджные фильтры тонкой очистки) и выходят наружу уже очищенными. Современные требования по экологии и здоровью диктуют эффективность фильтрации до 99% частиц. В результате оператор и цех защищены от вредных выбросов.

Сбор шлака. Расплавленный металл, выдуваемый газом, частично разлетается мелкими каплями. В трубном станке этот шлак в основном остается внутри трубы и осыпается на дно. Многие станки имеют емкости или желоба для сбора шлака под зоной реза. Например, под трубой могут проходить выдвижные лотки, куда скатываются шарики металла. Эти лотки периодически очищаются. Если бы не сбор, шлак накапливался бы внутри заготовки или падал на пол, создавая мусор и потенциальную опасность (очень горячие частицы могут вызвать ожог или пожар, если попадут на горючие материалы).

Автоматическое удаление отходов. В продвинутых системах реализованы конвейерные ленты или шнеки, выводящие шлаки и обрезки наружу. Однако на трубных лазерах это встречается реже (чаще на листовых, где под столом конвейер убирает шлак). На труборезах в основном ограничиваются простыми ящиками для сбора внутреннего шлака и разрежением, выдувающим мелкие частицы.

Система удаления продуктов резки не только поддерживает чистоту, но и необходима для стабильного качества. Например, если не убирать шлак, выпавшие крупные капли могут мешать позиционированию трубы. Кроме того, чистая оптика и механика служат дольше — пыль от резки содержит абразивные частицы. Поэтому хорошие станки снабжаются эффективной вытяжкой, зачастую с автоматическим включением при начале реза и небольшим запозданием при остановке (чтобы убрать остаточный дым).