123



Stránky připravuje:

Ing. Jaromír Lukášek, CSc.
lukasek@welding.cz

Aktualizováno: 10/05/2007

03_1-8 Řezatelnost kovových materiálů

K nejstarším svařovacím procesům se počítá autogenní řezání plamenem. Na významu však ztratilo, protože bylo v řadě průmyslových oborů nahrazeno produktivnějšími a přesnějšími řezacími metodami. Řezání plamenem si však udržuje svou pozici v řadě použití, např. pro vyřezávání otvorů v tlustostěnných nádobách, rourách a jiných konstrukcích ze stavební ocele. V loděnicích se řezání plamenem používá v linkách pro přípravu svarových hran na plechách o tloušťce nad 25 mm. Všeobecně ve stavbě lodí v oblastech tloušťky plechů do 25 mm se strojní řezací technika posunula od plamene k plazmě a k laseru. Ve stavbě lodí má plazmová řezací technika pevné místo, téměř 90% všech významných strojů je vybaveno plazmovou technikou.

Reálné posouzení kvality řezných ploch je pro každého uživatele tepelných řezných procesů možné jen na bázi mezních hodnot nezávislých na procesu. Toto hledisko zastává i nová norma DIN EN ISO 9013. V ní jsou popsány definice pojmů, kritéria pro zjišťování kvality řezných ploch, rozdělení kvality a rovněž tolerance mír. Na procesu nezávislý popis kvality tepelných řezů vede nutně k závěru, že ne každá kvalita a ne každá tolerance míry je dosažitelná s každým tepelným řezacím procesem.

Jeden z dalších vývojových směrů v oblasti plazmového řezání je Hi-Focus-proces, který je založen na kontrakci plazmového paprsku pomocí speciální konstrukce hořáku a vířivého plynu. Procesem je možno zpracovávat všechny elektricky vodivé materiály v rozsahu tlouštěk od 0,5 do 30 mm. Dosažitelné tolerance leží při +/- 0,2 mm. Minimální šířka řezné spáry činí 1,2 mm. Předností procesu ve srovnání s laserovým řezáním jsou především o jednu třetinu nižší náklady na metr řezu a o ca 90% nižší investiční náklady.

Laserový řezací proces nepatří na první pohled k nákladově výhodným metodám. Při zhodnocení všech rámcových podmínek se však přes to ukazuje, že laserovým řezáním lze dosáhnout i hospodářské přednosti. Do nich je třeba zahrnout i pracovní kroky před řezáním a po něm a dále i konstrukci. Při zjišťování nákladů mohou velmi napomoci správná kalkulační schemata.

V časopise "der praktiker" se v roce 2003 objevila řada přehledných příspěvků ke stavu laserového řezání. Byly při tom především popsány varianty procesu laserového řezání, pracovní uplatnění použitelných řezacích laserů, druhy konstrukce strojů a dělitelné materiály.

Zvlášť kritické je použití laserového řezání, jestliže se jedná o řezání tlustých plechů. Obchodně obvyklý 4kW-CO2-řezací laser umožňuje např. při použití kyslíku jako řezného plynu zpracovávat ocelové plechy až do tloušťky 25 mm. Zvýšení řezatelné tloušťky plechu je při konvenčním laserovém řezání možné jen pomocí dalšího zvýšení dispozičního výkonu laseru. Pomocí LASOX-metody (Laser assisted oxygen cutting)je však možné s podstatně nižšími výkony laseru řezat větší tloušťky plechu, např. tloušťky větší než 50 mm laserem o výkonu 2 kW. Dosahuje se to především pomocí změn podmínek procesu na frontě řezání. Řezací paprsek se defokusuje a ohřívá povrch materiálu jen na zápalnou teplotu, aniž by jej natavoval. Průměr laserového paprsku na povrchu plechu je při tom větší než průměr paprsku řezacího kyslíku. Řezací proces se za těchto podmínek blíží více k řezání plamenem než ke konvenčnímu řezání laserem.

Rostoucí použitelnost vysokovýkonných laserů nad 6 kW s dobrými módy paprsku, TEM 01 nebo lepší, pro laserové tavné řezání otevírá možnosti k podnikatelsky nové orientaci. Pomocí laseru o výkonu 9 nebo 12 kW jsou podle laboratorních výzkumů možné řezné tloušťky nad 30 mm. Perspektivní limit se v současné době vidí na tloušťce 45 mm.

Při laserovém tavném řezání v oblasti tlustých plechů vyvstává vážný problém v nedokonalém odstraňování tavných produktů ze spáry. Použitím tekutin místo plynů je možno tento problém omezit. Vodní paprsky vytvářejí ve srovnání s paprsky plynů vyšší přenos impulsů. Tím se materiál z řezné spáry odstraňuje efektivněji.

Uživatelé laserů již před delší dobou zjistili, že kvalita řezů souvisí s kvalitou řezaných materiálů. Řezatelnost laserem konstrukčních ocelí je určována více faktory, jejichž působení lze shrnout takto:
- snížený obsah uhlíku ve srovnání se standardním plechem, pokud jej norma připouští, umožňuje zvýšení řezné rychlosti až o 40% a zlepšuje kvalitu řezu
- nižší obsah křemíku působí pozitivně na řeznou rychlost, zlepšuje kvalitu řezu a omezuje vznik krápníků na spodní hraně řezu
- nižší obsah fosforu a síry vede ke zlepšení kvality řezu
- homogenní a neznečištěný povrch plechu působí pozitivně na výsledek řezání.
Na základě uvedených poznatků byly vyvinuty DICUT-ocele, které splňují jak příslušné normy pro plechy, tak i umožňují optimální výsledek řezání.

V RAEX- a Recold-ocelích firmy Rautaruukki Steel jsou sjednoceny nejlepší vlastnosti jemnozrnných konstrukčních ocelí a laserově vhodně řezatelných ocelí. Řezná rychlost leží o 5 až 20% výše než u konvenčních ocelí. Rozdíl mezi řeznými rychlostmi je tím větší, čím je řezaný plech tlustší.

Přim zpracování hliníkových pěnových sendvičových materiálů (AFS) hraje dělicí technologie ústřední roli. Částečně komplexní prostorové struktury staví před řezací proces plně trojdimenzionální zpracovatelskou úlohu. Zpracování materiálu laserovým paprskem nabízí pro tyto výrobní úlohy nutnou flexibilitu. Pomocí laserového řezání je možno zpracovávat hliníkové jádrové kombinace jak v nezpěněném tak i zpěněném stavu až do tloušťky ca 20 mm ve vynikající kvalitě. Vlivem nízkého příkonu tepla do materiálu je tepelné poškození jádrové kombinace nepatrné.

Další nápor laserové techniky na segment trhu konvenčních řezacích metod nastal s vývojem ručně vedeného Nd:YAG-laserového systému. Tyto systémy se uplatnily především v likvidační technice, např. při likvidaci kontaminovaných dílů v jaderné technice. Předností laserového řezání v tomto případě jsou malé šířky řezné spáry a s tím spojené malé uvolňování vedlejších produktů procesu.

Již řadu let je možno pozorovat rostoucí poptávku po jemnějších řezných úlohách a po stoupajících požadavcích na přesnost řezu. Budoucí generace čipů vyžadují např. tenčí křemíkové destičky (tloušťka menší než 200 mikrometrů) a menší struktury, z čehož vyplývají i požadavky na menší řezné šířky (pod 30 mikrometrů). Mechanické řezání dovoluje při oddělování destiček jen nízké procesní rychlosti a vede k vylamování materiálu na řezných hranách, což zřetelně snižuje kvalitu řezných hran. Tyto problémy je možno odstranit pomocí specielně vyvinutých jakostně spínaných laserových zdrojů vysoké jakosti paprsku.

Aby bylo možno s laserovým řezáním proniknout do oblasti přesnosti +/-0,01 mm a lepší, je nutná řada strojně technických a procesně technických opatření. Vývojem přesného laserového řezacího zařízení Microcut 2000 na bázi Nd:YAG-řezacího laseru KLS 246 FC byly nastoupeny nové cesty. Poprvé byl do přesného laserového řezacího zařízení integrován vícekoordinátový přímý pohon. S tímto zařízením je možno řezat mimo jiné filigránové a komplikované struktury s tolerancemi až do +/-0,003 mm.

Laserový mikrojet-proces (LM) je založen na jemném vodním paprsku o průměru od 40 do 100 mikrometrů, na který je navedena pulzní energie laserového paprsku. Během doby pulzu se taví materiál a současně se vodním paprskem odnáší. Během impulzní mezery ochlazuje vodní paprsek řeznou spáru. Tím se tepelný příkon do materiálu výrazně zmenší. Proces je dobře vhodný zejména pro zpracování teplotně citlivých materiálů, např. křemíkových destiček nebo keramiky, při kterých křehkost nebo též extrémní tvrdost ztěžují zpracování jinými metodami.

I vodní paprsek s abrazivními prostředky nebo bez nich se v posledních dvou letech stal multifunkčním "nástrojem" pro téměř všechny technické materiály. Vývoj nových pump a zvýšení použitelnosti zařízení a komponentů bude z dlouhodobého pohledu snižovat náklady a zvyšovat výkonnost systému. Studie trhu potvrzují zřetelně stoupající trend.

Zpět na Vývojové tendence



logo welding.cz