Сопло для станка лазерной резки металла – виды сопел, отличия, влияние на качество резки

• Что такое сопло лазерного станка
• Размер сопла для лазерной резки
• Типы лазерного сопла
• Влияние размера отверстия сопла на качество лазерной резки
• Как выбрать сопло для станка лазерной резки
• Преимущества и недостатки сопла

Конструкция сопла и диаметр отверстия влияют на скорость и качество резки. Чем больше проходное отверстие, тем больше расход газа. Диаметр сопла определяет форму газового потока, площадь диффузии газа и расход газа в надрез, что очень важно для качества резки. В данной статье мы рассмотрим  как правильно выбрать сопло лазерного станка, чтобы получить  высокое качество резки. 

Рис. 1. Размеры сопла для лазерного станка 

Что такое сопло лазерного станка 

Лазерная головка отвечает за фокусировку лазерного луча на поверхности обрабатываемого материала и подачи рабочего газа в рабочую область. Для получения качественного реза необходимо правильно выбрать сопло для лазерной головы.

Сопло является одним из расходных элементов лазерного станка. Эта деталь фокусирует лазерный луч в пучок. За счет этого луч воздействует на поверхность заготовки в определенном направлении и с определенной скоростью.

Сопло необходимо для формирования струи газа, которая выдувает расплавленный материал из области обработки, а также оно является частью емкостного датчика расстояния до поверхности металла.

Чаще всего сопла изготавливаются из меди. Данный материал хорошо рассеивает тепло и сохраняет емкостные характеристики при значительных температурах. Некоторые модели имеют хромовое покрытие, которое влияет на срок службы детали.  Покрытие необходимо для исключения вероятности налипания выдуваемых из зоны реза капель расплава.

Размер сопла для лазерной резки

Форма, диаметр, высота сопла (расстояние между выходом сопла и поверхностью заготовки) влияют на качество резки.

• Диаметры отверстий сопла включают: 0,8, 1,0, 1,2, 1,5, 1,8, 2,0, 2,5, 3,0, 3,5, 4,0, 4,5, 5,0 и т.д;
• Наиболее часто используемыми являются: 1.0, 1.2, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0;
• Среди них три наиболее часто используемых - 1,0, 1,5 и 2,0.

Для резки тонких листов толщиной менее 3 мм, рекомендуется использовать сопло диаметром 1 мм, а при толщине более 3 мм выбирать сопло диаметром 1,5 мм. Для резки металлических листов толщиной более 10 мм обычно выбирают сопло диаметром 2 мм или более.

Рис. 2. Режущая голова лазерного станка 

Диаметр

Диаметр насадки обычно находится в пределах 0,8-2,0 мм. Чем меньше диаметр, тем ровнее край среза, но скорость резки относительно низкая.

Длина

Длина насадки обычно составляет 15-25 мм. Чем больше длина, тем быстрее скорость впрыска газа и скорость резки увеличится, но сопло легко изнашивается.

Типы лазерного сопла 

Классификация по внешнему виду

• Параллельные сопла: Эти сопла имеют параллельную форму, где отверстие остается неизменным по диаметру по всей длине;
• Сходящиеся сопла: Эти сопла имеют форму, при которой отверстие сужается к концу;
• Конические сопла: Сопла конической формы имеют сужающееся отверстие, что обеспечивает другую геометрию.

Рис. 3. Сопло конической формы 

Классификация по структуре 

В зависимости от материала изделия, для его резки используется один или два разных газа. Соответственно, применяются одинарное или двойное сопло.

• Однослойные (одинарные) сопла: Обычно используются для резки листов из нержавеющей стали, алюминия и меди;
• Двухслойные (двойные) сопла: В основном используются для резки листов углеродистой стали. 

Важно отметить, что выбор конкретного типа сопла может зависеть от таких факторов, как обрабатываемый материал, толщина материала и желаемый результат лазерной резки или гравировки. 

Влияние размера отверстия сопла на качество лазерной резки

Сопло с малым отверстием

• При использовании сопла с малым отверстием перфорация получается небольшой, а получаемый рез - узким. Это позволяет выполнять точные и сложные разрезы;
• Область диффузии газа: Область диффузии газа ограничена из-за малого размера сопла, что способствует концентрированному и контролируемому процессу резки;
• Накопление шлака: Маленькое сопло минимизирует скопление шлака в углах, обеспечивая чистоту реза;
• Применение: Сопла с малым отверстием хорошо подходят для резки средних и тонких листов, где важны точность и минимальное количество шлака.

Сопло с большим отверстием

• Ширина реза: Сопла с большим отверстием подходят для резки более толстых материалов; 
• При резке с большим отверстием повышается вероятность попадания в сопло искр от расплавленного материала. Это может привести к таким проблемам, как повреждение сопла и снижение точности резки;
• Защитная линза: Использование сопел с большим отверстием может привести к налипанию летучего шлака на защитную линзу. Это может сократить срок службы защитной линзы.

Как выбрать сопло для станка лазерной резки 

Выбор подходящего сопла при резке материалов разной толщины может упростить процесс обработки. Но как правильно выбрать подходящее сопло? Рассмотрим далее. 

Резка тонких пластин (менее 3 мм)

Диаметр отверстия сопла варьируется от 0,8 до 1,5 мм. Малый диаметр отверстия сопла имеет более высокую скорость потока. Если выбрать больший диаметр отверстия сопла, скорость потока будет медленнее, и на обратной стороне пластины будет образовываться шлак.

Резка в диапазоне средней толщины (3 мм-10 мм)

Для обработки материала средней толщины подойдет сопло с отверстием 1,5-3,0 мм. Хотя сопло меньшего размера имеет более высокую скорость потока, недостаточный поток приведет к плохой резке. Более крупное сопло со слишком медленной скоростью потока также приведет к образованию шлака.

Резка толстых листов (более 10 мм)

Для резки толстых материалов выбираются отверстия размером 2,5-5,0 мм. Для толстых листов необходим сильный поток воздуха.

Рис. 4. Компоненты лазерной головы

Влияние сопла лазерного резака

Соосность между выходным отверстием сопла и лазерным лучом является одним из важных факторов, влияющих на качество его сетки.

Если сопло деформировано или в нем есть шлак, это напрямую повлияет на соосность. Поэтому хранить насадку следует аккуратно, чтобы не повредить. Во избежание деформации необходимо своевременно очищать. 

Если сопло и лазер имеют разные оси, это повлияет на качество резки.

Диаметр сопла оказывает решающее влияние на качество резки и качество перфорации.

Если диаметр сопла слишком велик, расплавленный материал, разбрызгивается во время резки, может пройти через отверстие сопла и забрызгать линзу. Чем больше диаметр, тем хуже защита фокусирующей линзы и тем короче ее срок службы.

Диаметр сопла для лазерной резки также влияет на качество резки, например, на размер зоны термического воздействия и ширину реза.

С увеличением диаметра сопла зона термического воздействия становится более узкой, а рез – более широким. Обычно используется диаметр сопла 1-1,5 мм.

Высота сопла относится к расстоянию между нижним концом сопла лазерного резака и поверхностью заготовки. Диапазон настройки высоты сопла составляет 0,5-4,0 мм, а общий интервал во время резки - 0,7-1,2 мм.

Слишком низкая высота приведет к столкновению сопла с поверхностью заготовки, а слишком высокая – к снижению давления вспомогательного газа, что приведет к снижению качества резки.

Преимущества и недостатки сопла 

• Насадка диаметром 0,8-1,0 мм: скорость резки низкая, но края среза ровные, подходит для металлических материалов, требующих высокого качества резки;
• Насадка диаметром 1,2 мм: Скорость резки выше, но кромка среза не такая гладкая, как у насадок меньшего диаметра;
• Насадка диаметром 1,5 мм: Скорость резки выше, но края среза будут немного шероховатыми;
• Насадка диаметром 2,0 мм: скорость резки самая высокая, но края среза не ровные, поэтому она подходит для материалов, требующих более высокой скорости резки.