Welches Gas eignet sich am besten zum Laserschneiden? - Eine leicht verständliche Anleitung.

Laserschneidgas
Die richtige Versorgung mit Hilfsgas beim Laserschneiden ist eines der wichtigsten Dinge, auf die Sie achten müssen. Die Wahl zwischen verschiedenen Gasarten, Durchflussraten, Drücken und anderen Parametern für ein optimales Schneiden ist jedoch auch eine Herausforderung. Ich habe diesen Leitfaden zusammengestellt, um den Prozess basierend auf authentischem Ingenieurwissen effektiv und bequem zu gestalten. Lass uns anfangen. 

Inhaltsverzeichnis

Warum ist Hilfsgas für das Laserschneiden erforderlich? 

Hilfsgas, auch bekannt als „Hilfsgas“ und „Abschirmgas“, ist ein Hochdruckgas, das während des Laserschneidprozesses vom Laserkopf zum Werkstück strömt. 

Hilfsgas bläst die geschmolzenen Metallkanten von dem kürzlich geschnittenen Werkstück, was zu glatteren Kanten führt. Außerdem drückt dieses Gas das geschnittene Stück und die Schlacke nach unten und trennt es vom Rest des Werkstücks, wodurch verhindert wird, dass das Material an derselben Stelle erneut schweißt. Es kühlt auch die Kanten, was zu weniger Hitzeeinflusszonen führt.

Laserschneiden

Darüber hinaus schützt es Laserlinse, Düse und Linse vor Schneidspritzern. Schutzgas schützt den Laser vor äußeren Einflüssen wie Staub, Schmutz und Luft. 

Hilfsgas ist ein Verbrauchsartikel und trägt zu den Kosten von Laserschneidvorgängen bei. 

Vorteile der Verwendung verschiedener Arten von Gasen für das Laserschneiden

Wenn Sie vorhaben, ein Laserschneidunternehmen zu gründen oder mehr über den Prozess erfahren möchten, werden Sie auf die folgenden vier Optionen für Hilfsgase stoßen. 

Stickstoff 

Stickstoff ist vielseitig und erzeugt hochwertigere Schnitte. Es ist nicht reaktiv und unterstützt die Verbrennung während des Laserschneidens nicht; daher ist der Vorgang rein mechanisch. 

Wenn Gas reaktiv ist, erfährt es beim Auftreffen auf das Material eine chemische Reaktion. Dadurch wird die Kanten- bzw. Schnittfugenqualität stark beeinträchtigt. 

Stickstoff

Im Gegensatz zu anderen Gasen steht Stickstoff in direktem Zusammenhang mit der Maschinenleistung. Daher führt eine größere Leistung zu besseren Geschwindigkeiten und besserer Arbeit. 

In den Flaschen liegt Stickstoff in flüssiger Form vor. Normalerweise ist die untere Hälfte eines Zylinders flüssig, während die obere Hälfte Gasdämpfe enthält. 

Beim Laserschneiden wird hoher Druck benötigt. Typischerweise wird Stickstoff mit einem Druck von 22–30 bar (319–435 psi) zugeführt.

Stickstoffgaseinstellungen 
Materialstärke Druck (bar) Volumen (m3/h)
Weniger als 8 mm 15 ~ 50
12 mm bis 15 mm 15-22 ~ 120
Bis zu 22 mm 22-30  ~ 150


Da Stickstoff zum Arbeiten einen höheren Druck benötigt, kann dies die Schnittgeschwindigkeit deutlich erhöhen. Manchmal fällt der Druck aufgrund des Dauereinsatzes ab, da die Umwandlung von flüssigem Stickstoff in Dämpfe im Tank nicht mithalten kann.

So kommt ein externer „Stickstoffverdampfer“ zum Einsatz, der die Umwandlung beschleunigt. Denken Sie daran, dass es den Stickstoffdruck nicht erhöht. Vielmehr erhöht es das Stickstoffvolumen. Dieses überschüssige Volumen hält einen hohen Druck und eine konstante Durchflussrate aufrecht. 

Sie können Stickstoffgas zum Schneiden von Edelstahl, Messing und Aluminium verwenden. Es verhindert nicht nur die Reaktion und das Verbrennen von Schlacke, sondern widersteht auch Korrosion. Wenn man bedenkt, dass das Gas rein genug ist. Die Reinheitskriterien von Stickstoff sind hoch und liegen nahe bei 99.99 %. 

All die großartigen Dinge über Stickstoffgas haben ihren Preis. Es ist das teuerste Gas unter allen anderen Optionen. Mit zunehmender Dicke des Materials steigen auch die Kosten für die Verwendung von Stickstoffgas. Es dauert normalerweise 10-15 mal weniger als andere Gase. 

Stickstoffgas ist ungeeignet, wenn Ihre Produktion hauptsächlich Metallteile herstellt, da Kosteneinsparungen in Kombination mit Nachbearbeitung die Gesamtkosten erhöhen. Verwenden Sie es nur, wenn hohe Präzision und Kantenqualität gefordert sind. 

Sauerstoff 

Sauerstoff-Hilfsgas ist auch eine gute Option als Hilfsgas beim Laserschneiden dickerer Materialien, aber man muss auf seine Oxidationseigenschaften achten. Sauerstoff kann mit dem Grundmetall reagieren. Es ist eine exotherme Reaktion, die während des Schnitts überschüssige Wärme erzeugt. Es hilft beim Schneiden, indem es die Kanten verbrennt, aber bis zu einem gewissen Grad, bevor das Material beschädigt wird. 

Sauerstoff

Es eignet sich für reflektierende Materialien wie Kohlenstoffstahl und Weichstahl. Durch Oxidation bildet sich eine Schicht, die die Laserabsorptionsrate erhöht und so den Schneidprozess unterstützt. Auch für dünnere Werkstücke geeignet. 

Auf der anderen Seite kann der gleiche Oxidationsfilm, der auf dem Werkstück haftet, die Nachbearbeitung behindern. Das nachträgliche Schweißen des Teils wird zu einem Problem, da Schweißfehler im Werkstück entstehen. 

Sauerstoff funktioniert etwas anders als Stickstoff. Es unterstützt die Verbrennung (ähnlich dem Plasmaschneiden) von Schmelzkanten und Schlackenschlägen. Das Schneiden erfolgt teilweise aufgrund der genannten Oxidation.  

Die Reinheitsanforderung für Sauerstoff beträgt 99.97 %, was beim Schneiden von entscheidender Bedeutung ist. Je höher die Reinheit ist, desto stärker ist die Verbrennung, die das Schneiden unterstützt. 

Die Erhöhung der Reinheit erhöht jedoch die Kosten der Sauerstoffflasche erheblich. Experten empfehlen daher, die Qualität nur bei sehr dünnen Blechen (anfällig für Beschädigungen) zu erhöhen. 

Dies begrenzt die Schneidleistung, da eine Erhöhung ein übermäßiges Verbrennen der Schneidkante verursachen könnte. Aus diesem Grund wird eine schlechte Schnittqualität erzielt.

Außerdem sind Druck und Durchfluss dieses Gases geringer. Dies spart schließlich eine Menge Betriebskosten. Dadurch ist es eine viel billigere Option als Stickstoffgas. 

Sauerstoffgaseinstellungen 
Materialstärke Druck (bar) Volumen (m3/h)
Weniger als 8 mm 3 und höher  ~ 20
Bis zu 22 mm 10 ~ 22

Druckluft 

Druckluft ist für das Faserlaserschneiden einfach und bequem zu verwenden. Es ist auch das billigste und wird hauptsächlich für dünnere Bleche verwendet, obwohl es immer Ausnahmen gibt. Typischerweise werden damit verzinkter Stahl, Messing und Aluminium geschnitten. 

Obwohl es das billigste ist, müssen Sie einige Faktoren berücksichtigen, bevor Sie das System kaufen. Im Gegensatz zu Sauerstoff- und Stickstoffgas müssen Sie zuerst in Kompressoren und Filter investieren. Diese Anfangsinvestition kann sich leicht auszahlen, wenn langfristig eine konstante Produktion erforderlich ist. 

Die mit Druckluft erzielten Schnitte sind bestenfalls durchschnittlich. Dies liegt daran, dass die Luft 75 % Stickstoff und 25 % Sauerstoff (Volumen-%) enthält, die das Material oxidieren können, was zu schlechten Schnitten führt.

Es kann jedoch auch beim Schneidprozess helfen, indem es den Überbrenneffekt von Sauerstoff und die hohe Schneidgeschwindigkeit von Stickstoff einführt. In gewisser Weise bekommt es also das Beste aus beiden Welten. Sie werden jedoch auch einen leichten gelblichen Farbton an den Schnitten aufgrund von Sauerstoff bemerken. 

Bei großer Nachbearbeitung wird Druckluft nicht empfohlen. Abgesehen davon ist es kostengünstig. Viele kleine Unternehmen bevorzugen Druckluft, da sie leicht verfügbar ist. 

Obwohl es am kostengünstigsten ist, gibt es immer noch ein großes Problem in Bezug auf dieses Gas. Die Luft enthält Feuchtigkeit und Öltröpfchen von Kompressoren. Dadurch wird die Luft kontaminiert und die Schutzlinse oder im schlimmsten Fall der Laserkopf beschädigt. Um dies zu verhindern, ist äußerste Vorsicht geboten, und es sollten keine Kompromisse beim Filtrationsprozess eingegangen werden. 

Argon 

Argon ist das seltenste aller Gase und wird selten beim Faserlaserschneiden verwendet. Dieses Gas hat eine höhere spezifische Wärme, was bedeutet, dass es die Wärme des Laserschneidens absorbieren kann. Dies kann zu einem lokalisierten Abschrecken führen, also zu einer schnellen Abkühlung an einem Schnittbereich, die für das Material schädlich sein kann. Daher wird es nur als Alternative für Metalle verwendet, die mit Stickstoff reagieren können.  

Kosten verschiedener Gase für das Laserschneiden

Stickstoff 

Stickstoff kostet am meisten, wenn es um ein Hilfsgas geht. Der Preis variiert von Land zu Land, aber hier sind einige grobe Schätzungen. Eine typische Stickstoffversorgung kostet 2.5 $ (in den USA) und dauert je nach Job 20 bis 60 Minuten. Sie müssen mit dem Anbieter verhandeln und sehen, welche Angebote Sie erhalten können. Stellen Sie sicher, dass Sie wissen, wie viel Kubikmeter Gasfluss Sie für die Arbeit benötigen, bevor Sie die Raten festlegen. 

Viele große Industrien bevorzugen Stickstoffgeneratoren zum Nachfüllen von Gasflaschen. Es ist eine einmalige Investition, die sich aber langfristig auszahlt. 

Sauerstoff 

Bei dünnerem Material ist Stickstoff am besten geeignet und am wirtschaftlichsten. Stickstoff ist siebenmal schneller beim Schneiden von Stücken mit einer Dicke von bis zu ⅛ Zoll. Aber die Kosten für Stickstoff würden exponentiell steigen, ohne dass die Geschwindigkeit zunimmt.

Für größere Dicken ist Sauerstoff machbar, und die Arbeit kostet ungefähr 1 $ pro Stunde. Allerdings haben wir die Kosten für das Entgraten und die Nachbearbeitung nicht berücksichtigt. 

Druckluft 

Luft ist die kostengünstigste Lösung und enthält zu einem gewissen Prozentsatz Sauerstoff und Stickstoff. Luft ist leicht verfügbar, daher sind die Kosten der Strom, der zum Betreiben des Sanitärsystems verwendet wird.

Druckluft erfordert eine Anfangsinvestition in einen Kolbenkompressor oder Schraubenkompressor.

Bei dieser Konfiguration benötigen Sie außerdem Lufttrockner, Staub- und Ölfilter. Druckluft mit den geringsten Verunreinigungen wie Wasser- und Öltröpfchen ergibt Schnitte von besserer Qualität.

Wie wählt man das richtige Hilfsgas für seine Bedürfnisse aus? 

Sie müssen diese Faktoren berücksichtigen, bevor Sie Ihr Laserschneidsystem einrichten. Selbst eine kleine Fehlkalkulation bezüglich des Hilfsgases kann einen großen Verlust für Ihr Projekt verursachen.

Materialwahl  

Die Art des Materials, an dem Sie arbeiten werden, ist der wichtigste Aspekt bei der Auswahl eines Hilfsgases. Für Edelstahl und Aluminium eignet sich Stickstoff am besten. Sauerstoff ist jedoch besser für reflektierende und oxidierbare Materialien wie Baustahl, Kohlenstoffstahl und verzinkten Stahl. 

Sauerstoff

Druckluft eignet sich auch für Stahl, Aluminium und Messing, jedoch mit verminderter Qualität. Denken Sie auch an die Endbearbeitungskosten, wenn Sie Luft verwenden. 

Dicke 

Um zu verstehen, wie die Dicke beim Laserschneiden eine entscheidende Rolle spielt, müssen Sie das Grundprinzip verstehen. Stickstoff ist ein inertes Gas und hilft nicht beim Schneiden, sondern verhindert, dass die Laserstrahlen Schmutz und Staub enthalten. Es kühlt auch den Schnittbereich und reduziert die Hitzeeinflusszone.

Dies kann jedoch nur für dünnere Materialien erreicht werden, die weniger Laserleistung benötigen. Mit zunehmender Dicke nimmt die Schnittqualität mit Stickstoff ab. 

Im Gegensatz dazu hilft Sauerstoff beim Schneiden, indem er das Material verbrennt. Daher erhöht es die Schneidkapazität des Lasers, was zu einer dickeren Materialbearbeitung führt. 

Finish-Qualität 

Stickstoff erzeugt bei weitem die hochwertigsten Schnitte in dünneren Materialien. Wenn die Arbeit keine Nachbearbeitung erfordert, ist das Stickstoffschneiden rentabel.

Sauerstoff erzeugt ebenfalls Schnitte von guter Qualität, hinterlässt jedoch eine schwarze Oxidationsschicht im Schnittbereich. Dies kann einige Nachbearbeitungsarbeiten erfordern. 

Sie können Druckluft nur für Fertigungszwecke verwenden. Die Schnitte sind von geringer Qualität, aber gleichzeitig billig. 

Kosten 

Die Kosten für das Laserschneiden hängen von Material, Dicke, Hilfsgas und Maschinenleistung ab. Dicke ist auch relativ. Beispielsweise kann eine 1500-W-Laserschneidmaschine beim Schneiden eines 8-mm-Auftrags im Vergleich zu einer 3000-W-Maschine mit dem gleichen Hilfsgasvolumen Schwierigkeiten haben.

Daher ist eine ordnungsgemäße Kostenanalyse des Hilfsgases erforderlich, bevor ein kommerzielles Projekt gestartet wird. Abgesehen von „Hilfsgas“ gibt es jedoch keine entscheidenden Betriebskosten einer Laserschneidmaschine. 

Kurzübersicht 

Gase 

Stickstoff 

Sauerstoff

Druckluft 

Werkstoff 

Edelstahl, Aluminium, Messing

Verzinkter Stahl, Kohlenstoffstahl, Baustahl. 

Stahl, Aluminium Messing

Dicke (bevorzugt) 

3 mm (⅛ Zoll) 

8 zu 22 mm 

1 zu 22 mm

Anforderung an die Gasreinheit

Konservativ

entscheidend 

Konservativ

Druckscheiben 

Hoch 

Niedrig

Niedrig

Fließrate 

Hoch 

Konservativ

Konservativ

Zusätzliche Ausrüstung 

Stickstoffverdampfer 

Andere

Trockner, Filter, Kompressoren 

Finish-Qualität 

Beste

Moderate / Hoch

Konservativ

Kosten pro Stunde 

Hoch

Konservativ

Niedrig

Tipps zur Reduzierung der Gaskosten in Ihrem Laserschneidbetrieb

Optimierung der Gasversorgung

Lasermaschinen erfordern einen konstanten Druck und konstante Durchflussraten von Hilfsgasen, um die Qualität der Schnitte aufrechtzuerhalten. Außerdem können Störungen in der Gasversorgung zu unnötigen Druckabfällen führen, die die Qualität der Produktion beeinträchtigen.

Rohrlänge und -durchmesser bestimmen die Durchflusskapazität des Hilfsgases. Optimalerweise sollte die Gasversorgungsleitung minimale Biegungen aufweisen. Sorgen Sie für eine regelmäßige Wartung, um unnötige Kosten zu vermeiden. 

Gasreinheit 

Die Sauerstoffreinheit spielt eine bedeutende Rolle für die Schneidleistung der Maschine. Experten sagen, dass selbst der Abfall der Reinheit von 99.97 % auf 99.95 % den Prozess negativ beeinflussen kann.

Im Falle von Druckluft kann eine schlecht gefilterte Laserlinse die Laserlinse zerstören. Achten Sie zur Kostenreduzierung auf die Reinheit des Gases. 

Die Reinheit des Stickstoffs ist wichtig, hat aber keinen Einfluss auf die Qualität des Lasers. Der Laser ist immer noch effektiv, ist aber anfälliger für äußere Faktoren, die die Kosten nachteilig beeinflussen können.

Wenn Sie nicht die richtige Verunreinigung verwenden, führt dies zu einem schlechten Schnitt, was einen Geldverlust bedeutet. Bessere Qualität bedeutet geringere Kosten. 

Gastanks und Regler

Hilfsgase zum Laserschneiden werden in Behältern unterschiedlicher Größe geliefert. Daher ist es notwendig, zu prüfen, welche Art von Versorgung am besten geeignet ist, um die Kosten zu senken.

Für kleine Unternehmen sind Gasflaschen mit regelmäßigem Nachfüllen am besten. Große Produktionshäuser sollten sich für Gastanks oder ihre Gaserzeugungsausrüstung entscheiden. Das spart Logistikkosten. 

Regler, Schläuche und Ventile müssen regelmäßig gewartet werden, um Leckagen zu vermeiden. Stellen Sie außerdem sicher, dass die Flaschen von höchster Qualität sind, da sie das Gas verschmutzen können. 

Maschineneinstellungen

Dies ist eine Echtzeitüberwachung der Laserschneidmaschine. Wenn Sie mehrere Gassysteme verwenden, müssen Sie je nach Auftrag das richtige Gas auswählen.

Zweitens wird der Druck entsprechend der Arbeitsdicke, dem Material und der Form ausgewählt. Stellen Sie sicher, dass die Einheiten richtig sind, da sie verwirrend sein können. Die richtigen Einstellungen verhindern die Verschwendung von Gas und reduzieren somit die Gesamtkosten. 

Bei den Maschineneinstellungen sind viele Parameter zu beachten. Eine davon ist die „Düsengröße“ im Laserkopf.

Im Allgemeinen bedeutet eine größere Düse größere Durchflussraten des Hilfsgases. Dadurch kann die Schnittgeschwindigkeit erhöht werden. Dies kann jedoch die Schneidkosten teuer machen. Optimieren Sie es also, um die Kosten zu senken und gleichzeitig den Betrieb aufrechtzuerhalten. 

Zusammenfassung

Nachdem Sie die Vorteile, Fähigkeiten und Eigenschaften der einzelnen Hilfsgase durchgegangen sind, können Sie ganz einfach das richtige Gas für Ihren Laserschneidprozess auswählen.

Stickstoff ist das beste Hilfsgas für hochwertiges Laserschneiden von Edelstahl. Im Gegensatz dazu eignet sich Sauerstoffgas am besten für reflektierende und oxidierbare Materialien wie Kohlenstoffstahl. 

Luft kann Stahl, Aluminium und Messing bearbeiten, aber die Kantenqualität ist schlecht, was durch niedrige Betriebskosten kompensiert werden kann.

Denken Sie daran, eine detaillierte Analyse durchzuführen, bevor Sie eine Entscheidung treffen, da es sich um wiederkehrende Kosten handelt, die Ihr Projekt über Erfolg oder Misserfolg entscheiden können.

Selbst wenn Sie der Job nur zehn Cent pro Kubikmeter mehr kostet als der Markt, wird der Preis irgendwann in die Höhe schnellen und große Verluste verursachen. 

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Sam Chen

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