Alig egy évtizeddel ezelőtt a szálas lézervágókat vékonylemez-specialistáknak tekintették. Az üzletek hamar rájöttek, hogy be kell fektetniük beléjük, hogy versenyezhessenek, vagy legalábbis le kell vágniuk a mérőeszközüket. A jó minőségű lemezvágáshoz továbbra is a CO2 lézerek járnak útnak. Persze a szálas lézerekkel vastagabb nyersdarabokat is lehetett vágni, de a minőség nem volt túl jó, és a sebességelőnyük szinte eltűnt a nagyon vastag lemezek vágásakor. Mára a világ megváltozott.
A segédgáz-technológia néhány év alatt nagy utat tett meg, és ez az egyik kulcsfontosságú tényező a lézervágás gyorsan változó területén. A lencsék anyagai és kialakítása továbbfejlesztett, csakúgy, mint a vágófejek és a fúvókák. A modern szálas lézersugár-továbbítási rendszerekről látható, hogy kényelmesen megbirkóznak a hatalmas fotonerőkkel. A 20, 30 és akár 50 kW-os ultranagy teljesítményű lézerek ma már gyorsan és tisztán szeletelhetnek vastag lemezeket.
A "tiszta" itt az operatív szó. Az, hogy a lézernek van-e gazdasági értelme, az alkatrészenkénti költségtől függ. Napjainkban a nagy teljesítményű lézerek virágzik a precíziós lemezvágás területén. Ha egy alkatrészt korábban plazmavágással végeztek, majd marógépen sorjázták vagy megmunkálták, akkor ez most már szálas lézerrel is elvégezhető.
A segédgázkeverés mindezt lehetővé teszi. Ma még a legvastagabb lemezeket is nem oxigénnel, hanem nitrogén-oxigén keverékkel dolgozzák fel. A segédgázáram továbbra is elsősorban nitrogénből áll, egy inert gázból, amely kiszorítja az olvadt fémet a résből, de egy kis mennyiségű oxigén biztosítja azt a kémiai reakciót, amely segít a rés aljára juttatni a salakmentes él érdekében.
A felület és a fúvóka közötti állványt olyan kicsire alakították ki, hogy szinte egyáltalán nem létezik, mindez azért, hogy lehetővé tegye a segédgázok lamináris áramlását a vágáson keresztül, hogy a nitrogén-oxigén keverék rendeltetésszerűen működjön. A precíziós lemezvágásnál a túlzott segédgáz turbulencia a tiszta lézervágás ellensége.
A korai gázkeverési alkalmazások több mint egy évtizede jelentek meg, nem vastag acélhoz, hanem alumínium salakmentes vágásához. Steve Albrecht, a Pewaukee (Wisconsin állam) elnöke, a Liberty Systems, amely a nitrogéntermelés és gázkeverés szállítója, emlékeztet arra, hogy a nitrogén-oxigén keverékeket a 2010-es évek elején nem szálas lézerekhez, hanem 4 kW-os CO2-hoz használták. 0.{8}}hüvelyk vastag alumínium vágására szolgáló rendszer.
"Az alumíniumnak van egy oxidrétege a tetején" - mondja Albrecht. "Ezt le kell égetni, hogy megakadályozza a salak és sorja kialakulását. Ahogy az alkalmazási mérnökök felfedezték, a nitrogénnel segített levegőáram egy adag oxigénnel segít megszüntetni a kemény lézerrel vágott alumínium szélein lévő söpredék eltávolítására.
"Lágyabb anyagként az alumíniumnak van néhány egyedi tulajdonsága a lézervágáshoz" - mondja David Bell, a Witte Gas Control elnöke (Alpharetta, Georgia). "A gázkeverék hasznos. Ha oxigénnel vágja az alumíniumot, akkor elégeti. Ha nitrogénnel vágva szélcsíkokat kapsz.Keverd össze a kettőt és tisztább vágást kapsz.
Ahogy a szálas lézerek kezdték átvenni a piacot, és a rendelkezésre álló teljesítmény tovább nőtt, a segédgáz-stratégiák tovább fejlődtek. Az alkalmazásmérnökök kísérletezni kezdtek a nitrogén és oxigén különböző kombinációival.
Ahogy Albrecht emlékszik vissza, amikor a mérnökök elkezdtek jó eredményeket elérni, amikor az oxigénszint megközelítette a 20 százalékot, ez megnyitotta a kaput az ultraszáraz levegő használatához a vágáshoz. Ezzel rengeteg pénzt spórolt meg a gyártó, különös tekintettel a korai szálas lézerek által fogyasztott segédgáz mennyiségére.
„Amikor megjelentek az első 6 kW-os és 8 kW-os szálak – mondja Albrecht –, akkor kezdett igazán fellendülni az ultraszáraz levegős vágás.
Mivel azonban a szálas lézer teljesítménye tovább nőtt, a segédgáz-stratégia megváltozott. A legnagyobb teljesítményű szálas lézerek vágási feltételeit precíz, alacsony oxigéntartalmú nitrogén-oxigén keverékek köré építették.
A lézervágó OEM-ek különféle fúvókákkal és különböző megközelítésekkel kezdtek kísérletezni, hogy a segédgázok egyenletes lamináris áramlását érjék el egy erősebb sugár körül. A fúvókák kialakítását optimalizálták. Egyes fúvóka geometriák csapdába ejtik a gázt a fém tetején. Más technikák légfüggönyöket használnak a segédgázoszlop körül. Ahogy Albrecht elmagyarázza, ezek a módszerek a gépgyártótól függenek, de mindenki ugyanazon a célon dolgozik: a legjobb vágási minőség elérése a legalacsonyabb darabonkénti költség mellett. Ez magában foglalja a segédgázok hasznosítását, és különösen az optimális keverék megtalálását a vágás minőségének és sebességének javítására.
