El láser de fibra de potencia ultraalta puede lograr un corte rápido y de alta calidad de placas gruesas, incluido el uso de aire como gas auxiliar para cortar acero inoxidable, y muchas ventajas sobre otras soluciones de corte.
En los últimos años, se han aplicado rápidamente al mercado de corte láseres de fibra de potencia ultraalta (UHP) con potencias que oscilan entre 10 kW y 40 kW, y se espera que la mayor potencia del láser utilizada para aplicaciones de corte siga aumentando.
Demostraremos el efecto de aplicar corte en este rango de potencia y discutiremos los principales factores que impulsan la aplicación de láseres de fibra de potencia ultra alta: importantes ventajas de productividad, calidad de corte mejorada y la capacidad de cortar hasta el espesor límite (por ejemplo, como se muestra en este artículo, corte de acero inoxidable de 230 mm de espesor con una potencia de 40 kW).
En este artículo, la potencia de los láseres de potencia ultraalta se define como láseres con una potencia superior a 10 kW. Eles permitem novos métodos de processo para promover a expansão do corte a laser em novos mercados (por exemplo, usando ar como gás auxiliar para cortar aço inoxidável de até 50 mm de espessura a velocidades 4 vezes mais rápidas do que o corte a plasma de alta Potencia).
Los resultados de la aplicación muestran que los láseres de potencia ultraalta están cambiando la forma en que se corta el acero inoxidable, utilizando tecnología de corte con aire en lugar de tecnología de corte con nitrógeno y oxígeno para lograr una velocidad de corte económica, de alta calidad y de alta calidad.
Tendencia de desarrollo en 6 años: la mayor potencia láser utilizada para aplicaciones de corte
(a) Corte con aire de acero al carbono de 28 mm de espesor a 4,5 m/min (177 ipm) con láser IPG40 KW YLS;
(b) Corte con aire de acero inoxidable de 40 mm de espesor a 2,3 m/min (90 ipm) con láser YLS IPG40 kW;
(c) Corte con nitrógeno de perfiles de acero inoxidable de 3 a 25 mm de espesor con un láser YLS-ECO IPG de 30 kW;
(d) Cortar acero al carbono de 30 mm de espesor con oxígeno a 15 kW.
En el modo de corte a máxima velocidad de onda continua (CW), se utilizan 20 kW de aire libre de escoria para cortar acero al carbono de 20 mm de espesor, 40 kW de aire libre de escoria para cortar acero al carbono de 30 mm de espesor y 40 kW de aire libre de escoria para cortar acero al carbono de 30 mm de espesor. -Se utiliza aire libre para cortar acero al carbono de 40 mm de espesor (consulte la Figura 2 y la Figura 5 arriba). Para cortar acero inoxidable, es más fácil lograr un efecto libre de escoria, por lo que el espesor máximo de corte es mayor que el del acero al carbono (consulte la Figura 5b y la Figura 5c).
Para el corte continuo con nitrógeno y aire, sólo un cierto espesor puede lograr un corte sin escoria y una buena superficie de corte a cualquier potencia. Más allá de cierto espesor, se debe utilizar el corte pulsado (velocidad inferior a la continua) para obtener una calidad cualificada; de lo contrario, se deberá aumentar la potencia del láser.
Normalmente, una velocidad de corte inferior a 2 m/min significa que la potencia del láser es insuficiente en modo continuo para obtener la mejor calidad de corte.
Para el corte con oxígeno de acero al carbono, aumentar la potencia aumentará el espesor máximo de corte y al mismo tiempo garantizará una "superficie de corte suave". Por ejemplo, el espesor máximo de corte a 4 kW es de aproximadamente 6-8 mm, mientras que el espesor máximo de corte a 15 kW es de 30 mm. La Figura 5d muestra una muestra de acero al carbono de 30 mm de espesor cortada con un láser de 15 kW.
Perforación más rápida y limpia
Al utilizar la potencia máxima del láser de ultra alta potencia en modo de pulso, los metales gruesos se pueden perforar rápidamente con menos salpicaduras. El tiempo de perforación para acero inoxidable de 16 mm se ha reducido considerablemente de >1 segundo a 6 kW a 0,5 segundos a 10 kW y 0,1 segundos a 20 kW.
En aplicaciones prácticas, los tiempos de perforación ≤0,1 segundos generalmente se consideran "instantáneos". La potencia máxima más alta aumenta la relación profundidad-ancho del baño de soldadura, lo que permite un puente más rápido del espesor con menos fusión lateral. La reducción de la fusión lateral del material también minimiza las salpicaduras en la superficie superior.
Ventajas competitivas del corte por láser de potencia ultraalta
Durante los últimos seis años, varios avances tecnológicos han impulsado un mejor rendimiento del corte por láser, entre ellos:
- Determine el tamaño del punto focal requerido seleccionando múltiples colimadores o fibras multinúcleo;
- Vigas giratorias de alta velocidad que mejoran la eficiencia y calidad del procesamiento de ciertos metales;
- Láseres continuos de alta potencia para una perforación/corte complejo más rápido y limpio;
- Láseres de potencia ultraalta.
Aunque las necesidades de las diferentes industrias son diferentes y todas las tecnologías habilitadoras se utilizan en áreas específicas, el corte por láser de potencia ultraalta es una tendencia tecnológica líder que impulsa la mejora del rendimiento del corte por láser.
Esto se evidencia en la adopción generalizada de láseres de potencia ultraalta en máquinas de corte por láser en todo el mundo.
A medida que más y más ingenieros de aplicaciones adoptan láseres de potencia ultraalta, comprenden que los beneficios de producción y calidad de las máquinas de corte de potencia ultraalta son multifacéticos y superan los de las tecnologías láser de menor potencia y menos complejidad.
Los láseres de potencia ultraalta tienen importantes ventajas en el corte de espesor, la calidad y la economía para el corte de placas gruesas, especialmente a potencias de 15 kW y superiores, lo que los hace más competitivos que las máquinas de corte por plasma de alta corriente.
Las pruebas comparativas muestran que para acero inoxidable de hasta 50 mm de espesor, un láser de fibra de 20 kW es entre 1,5 y 2,5 veces más rápido que una máquina de corte por plasma de alta corriente (300 A). Para el acero al carbono, también muestra que la velocidad de corte para espesores de hasta 15 mm es el doble.
Los cálculos muestran que para acero al carbono de 15 mm de espesor, el costo total de corte por metro usando un láser de 20 kW es aproximadamente la mitad que usando plasma.
Debido a su velocidad de corte más rápida para secciones de acero inoxidable de 12 a 50 mm de espesor y secciones de acero con bajo contenido de carbono de 12 a 30 mm de espesor en comparación con el corte por plasma de alta potencia, el uso de 40 kW para estos materiales produce una diferencia aún mayor en productividad.
Adopción de láseres de potencia ultraalta
En comparación con los láseres de baja potencia y otros procesos de corte (como el corte por plasma), la principal fuerza impulsora para adoptar láseres de potencia ultraalta para el corte es una mayor productividad y menores costos de corte por pieza.
Las ganancias de velocidad derivadas del uso de láseres de potencia ultraalta proporcionan economías de escala para los fabricantes; por ejemplo, aumentar la potencia de 30 kW a 40 kW aumenta la velocidad de corte en un 66%.
Los láseres de potencia ultraalta permiten un corte rápido y de alta calidad de acero al carbono, lo que es más ventajoso que el corte con oxígeno más lento y el corte con nitrógeno más costoso. En nuestras pruebas, el uso de corte por aire de 40 kW para cortar acero al carbono de hasta 50 mm de espesor fue de tres a cuatro veces más rápido que el corte por plasma de alta potencia.
Los láseres de potencia ultraalta hacen que el corte por láser sea más competitivo en muchos otros sentidos. Por ejemplo, aumentar el espesor y la calidad del corte (se pueden cortar materiales de hasta 230 mm de espesor), reducir o eliminar los costos de posprocesamiento (reduciendo al máximo la suspensión de escoria), reducir la huella y los costos de producción de instalación, reducir la mano de obra. requisitos y mejorando la calidad y el rendimiento de la perforación.
A medida que la potencia y la eficiencia de los láseres de potencia ultraalta continúen mejorando, estas ventajas se volverán aún más evidentes, aumentando su capacidad para cambiar de forma rápida y económica las aplicaciones de corte en diferentes industrias.
