Cięcie stali kwasoodpornej laserem

Przy cięciu stali kwasoodpornej o grubości 4-5 mm laserem, po stronie przeciwnej do wpalenia powstają trudne do usuniecia wypływy materiału (czarna zgorzelina). Oprzyrządowanie i gaz na pewno są właściwe, urządzenie katalogowo ma możliwość cięcia do 10 mm stali nierdzewnej. Co może być przyczyną takich problemów?

Do cięcia stali nierdzewnej stosuje się zasadniczo dwa typy laserów. Lasery CO₂, w których medium emitującym jest mieszanina CO₂-N₂-He oraz lasery typu YAG (itr-aluminium-granat). Cięcie wiązką lasera może być wykonywane zarówno w trybie emisji ciągłej, który pozwala na osiągnięcie wysokich prędkości cięcia, jak i w trybie pulsacyjnym, który ogranicza szerokość strefy wpływu ciepła. W przypadku laserów CO₂ zakres mocy wynosi 0,5-3 kW, a dla laserów typu YAG do 2 kW, ograniczając przy tym ich prędkość cięcia.

Z uwagi na dobre parametry użytkowe do cięcia stali nierdzewnej stosuje się głównie lasery CO₂, które pracują na mieszaninie gazów: 40-80% hel, 15-55% azot i 3,5-7% CO₂. Oprócz tego, podczas procesu „laserowego” stosuje się atmosferę gazów ochronnych (azot lub tlen), które są podawane współśrodkowo dookoła wiązki lasera przez dyszę w celu usuwania stopionego metalu.
Zastosowanie w tym celu gazu aktywnego - tlenu powoduje jego reakcję egzotermiczną z ciętym metalem pozwalając na większe prędkości cięcia. Dla uzyskania dobrej jakości krawędzi cięcia, wiązka lasera musi być odpowiednio wycentrowana wewnątrz dyszy, a także skoncentrowana na górnej powierzchni ciętego elementu (cienkie blachy) lub w jednej trzeciej grubości arkusza (grube blachy). Zastosowanie tlenu powoduje większą chropowatość ciętych krawędzi oraz ich utlenienie – brązowe przebarwienia powierzchni.

Można temu zapobiec stosując do cięcia neutralny gaz pomocniczy - azot. Użycie gazu obojętnego, w porównaniu do zastosowania tlenu obniży szybkość procesu cięcia oraz grubości elementów możliwych do przecięcia, ale zwiększy jakość uzyskiwanych powierzchni. Podczas cięcia z zastosowaniem gazu pomocniczego lepkość stopionego materiału jest dość wysoka, dlatego też przyleganie żużla (wypływy metalu) do dolnej krawędzi ciętego elementu jest dość częstym problemem. Takie zjawisko jest ogólnie związane z zastosowaniem bardzo dużego ciśnienia gazu pomocniczego. Odpowiedni dobór czystości zastosowanego gazu pomocniczego oraz jego ciśnienie (odpowiednio wysokie dla skompensowania braku reakcji egzotermicznej między stalą a gazem) umożliwia otrzymanie wysokiej jakości ciętych krawędzi.

W tablicy 1 przedstawiono prędkości cięcia laserem CO₂ o mocy 1,5 kW dla blachy z austenitycznej stali nierdzewnej typu 18%Cr-9%Ni w zależności od zastosowanego gazu ochronnego. Zastosowanie azotu, jako gazu technicznego umożliwia uzyskanie krawędzi cięcia o wysokiej jakości, kosztem spadku prędkość cięcia.