Hier habe ich praktische Tipps für das Laserschneiden von Baustahl geteilt, die Ihren Bearbeitungsprozess verbessern und die früheren Herausforderungen von Maschinisten überwinden können. Lass uns anfangen.
Was sind die verschiedenen Arten von Baustahl?
Baustahl ist einfach eine Art Kohlenstoffstahl mit dem niedrigsten Kohlenstoffgehalt. Typischerweise hat es 0.04 – 3 Gewichtsprozent Kohlenstoffgehalt was ihm einzigartige Eigenschaften verleiht. Nach Angaben des American Iron and Steel Institute (AISI) können andere Elemente wie Chrom, Kobalt, Mangan, Kupfer, Silizium usw. hinzugefügt werden, um geeignete Eigenschaften von Weichstahl zu erreichen.
Baustahl ist dank moderner Fertigungstechniken kostengünstig und wird in fast allen verwendet allgemeine Maschinenbauindustrie. Darüber hinaus gibt es viele Qualitäten oder Arten von Weichstahl. Einige sind in dieser Tabelle aufgeführt.
| Baustahlsorte (AISI) | Zusammensetzung (Gew .-%) | Verwendung |
| 1010 | 0.1 C, 0.45 Mn | Autoteile. |
| 1020 | 0.2 C, 0.45 Mn | Bleche, Rohre. |
| A36 | 0.29 C, 1.00 Mn, 0.2 Cu | Architektur, Brücken, Schiffe |
| A516 | 0.31 C, 1.00 Mn, 0.25 Si | Druckbehälter |
| A440 | 0.28 C, 1.35 Mn | Messer, Klingen |
| A633 | 0.22 C, 1.35 Mn | Kessel, Chemische Industrie |
| S275 | 0.17 C, 1.02 Mn, 0.21 Si | Brücken, Gebäude |
| S355 | 0.16 C, 1.3 Mn, 0.2 Si, 0.04 Cu | Bauwesen, Offshore-Industrie |
Vorteile des Laserschneidens von Baustahl
Die Laserschneidtechnologie hat die Prozessverteiler für die Bearbeitung von Baustahl verbessert. Hier sind einige wichtige Vorteile.
Schnelligkeit und Flexibilität
Faser u CO2-Lasermaschinen sorgen für unvergleichliche Geschwindigkeit. Diese Maschinen verfügen über ein schnelles Schienen- und Portalsystem, das durch Computer Numeric Control (CNC) gesteuert wird. Da keine physischen Schneidwerkzeuge beteiligt sind, ist die Bewegung schnell. Erstaunlicherweise sind Lasermaschinen mit einer Vielzahl von Metallen kompatibel. Diese Flexibilität ermöglicht es Ihnen, verschiedene Stahlsorten mit geringfügigen Anpassungen zu verarbeiten.
Hohe Präzision
Laserstrahlen sind standardmäßig sehr präzise. Es ist ein verstärkter Lichtstrahl, der Metalle präzise schmilzt und verdampft. Da es sich um thermisches Schneiden handelt, müssen Sie sich keine Gedanken über Spanbildung und raue Kanten machen.
Die Laserbearbeitung ist so präzise, dass eine Toleranz von +-0.003 mm bis 0.006 mm erreicht werden kann. Im Vergleich dazu liegt die Genauigkeit traditioneller Verfahren im Bereich von +-0.015 mm bis 3 mm.
Komplexe Jobs
Hohe Präzision ermöglicht es den Bedienern, komplexe und komplizierte Arbeiten mit Baustahl auszuführen. Dies führt zu einer besseren Genauigkeit des Bearbeitungsprozesses bei gleichzeitiger Kostenkontrolle. Metalllaserschneiden hilft bei der Herstellung von Prototypen und Testteilen viel schneller als mit herkömmlichen Schneidegeräten.
In früheren Zeiten erforderten komplexe Geometrien eine größere Werkzeuganpassung und ein höheres Qualifikationsniveau des Bedieners. Aber alles änderte sich mit der Lasertechnologie, die einfach per Knopfdruck eingestellt werden kann.
Weniger Energieverbrauch
Lasermaschinen verbrauchen weniger Energie als herkömmliche Schneidemaschinen. Ein Teil davon ist auf das Fehlen beweglicher Teile in Maschinen zurückzuführen. Dadurch gehen Reibungs-, Wärme- und Vibrationsverluste gegen Null. Auch beim Schneiden von Baustahl mit dem Laser kommt es zu deutlich weniger Spanbildung und Ausschuss. So werden weniger Ressourcen für die Reinigung und das Recycling des Abfallmaterials verbraucht. Insgesamt ist das Laserschneidverfahren umweltfreundlich und nachhaltig.
Automation
In der Automatisierung glänzt das Laserschneiden wirklich. Sie sind mit einer softwarebasierten Steuerung ausgestattet. Infolgedessen können diese Maschinen mit minimaler Überwachung automatisch arbeiten.
In der Lasertechnik gibt es verschiedene Arten der Automatisierung. Erstens ist zweidimensionales Schneiden mit einem Portalsystem. Es ist schnell und effektiv. Baustahlbleche werden automatisch zugeführt und der Bewegungslaserschneider wird gesteuert.
Zweitens ist die Verwendung von Roboterarme. Diese Arme können im dreidimensionalen Raum schweißen oder schneiden.
Schadenskontrolle
Experten sagen, dass das Laserschneiden von allen thermischen Schneidverfahren die geringsten Materialschäden verursacht. Denn selbst wenn die Temperatur des Laserstrahls auf mehrere tausend Grad ansteigt, bleibt die Kontaktstelle immer noch eng. Außerdem verursacht dies kein Wickeln und Verziehen des Materials.
Die Schnitte sind auch von hoher Qualität, was Schäden reduziert und viel Umsatz in der Großserienproduktion von Baustahl spart.
Da das Schneidwerkzeug verschleißfrei ist, wird der Gesamtschaden minimiert, wodurch die Betriebskosten gesenkt werden.
Warum ist der Prozess des Laserschneidens von Baustahl eine Herausforderung?
Weichstahl eignet sich hervorragend für verschiedene Bearbeitungsverfahren und ist im täglichen Leben weit verbreitet. Es findet Anwendung in nahezu allen Fertigungsbereichen. Aber einige Herausforderungen kommen mit seinen überlegenen Materialeigenschaften.
Materialduktilität
Weichstahl hat den niedrigsten Kohlenstoffgehalt aller anderen Stahlsorten. Es macht das Material extrem dehnbar, noch mehr als Gummi. Kohlenstoffarmer Stahl ist auch weniger spröde, was Brüchen vorbeugt.
Dies hat jedoch einen Nebeneffekt. Es führt im traditionellen Zerspanungsprozess zu einer langen Spanbildung. Beim Laserschneiden jedoch nicht so sehr, da der Laser das Metall verdampft. Dennoch kann der lange Span den Bearbeitungsprozess stören. Um diese Vorschubgeschwindigkeit zu steuern, werden Schnittiefe, Schnittgeschwindigkeit und andere Parameter neu eingestellt.
Kantenaufbau
Ebenso bauen sich die Kanten aufgrund der hohen Duktilität während des Bearbeitungsprozesses auf. Dadurch kann das Werkzeug leicht beschädigt werden. Kantenaufbau führt auch zu einer schlechten Schnittfugenqualität.
Möglicherweise müssen Sie die Wartungshäufigkeit erhöhen, was zu unnötigen Unterbrechungen des Prozesses führt.
Der Kantenaufbau ist auch im Automatisierungsprozess hinderlich. Das Anpassen des Einsatzes, des Werkzeugeinsatzes und der Vorschubgeschwindigkeit würde das Problem bei herkömmlichen Verfahren beheben. Zum Glück mit thermisches Schneiden, wird dieser Effekt reduziert. Laserschneiden ist also weniger anfällig dafür.
Hohe Temperatur und Vibrationen
Laserschneiden ist ein thermisches Verfahren, bei dem an der Schnittkante hohe Temperaturen entstehen können. Darüber hinaus neigt das Laserschneiden von Weichstahl mit Sauerstoff dazu, die Kanten übermäßig zu verbrennen. Um dem entgegenzuwirken, muss der Bediener die Laserleistung und den Gasdruck sorgfältig auswählen.
Stahl hat eine höhere Festigkeit als andere Metalle, was bedeutet, dass es während des Bearbeitungsprozesses anfälliger für Vibrationen ist. Beim herkömmlichen Fräsen und Lattenschneiden beeinträchtigen diese Vibrationen die Qualität der Arbeit.
Beim Faserlaserschneiden sind diese Schwingungen jedoch auf das Eigenspiel des Laserkopfes und anderer Bauteile zurückzuführen. Lasermaschinen von schlechter Qualität können Sägezahnmuster im Kantenschnitt verursachen.
Tipps zum Erzielen der besten Ergebnisse beim Laserschneiden von Baustahlteilen
1. Designkriterien
Jedes Projekt muss ein solides Basisdesign haben. Faserlasermaschinen Verwenden Sie Konstruktionsanweisungen im .dwg- oder .dxf-Dateiformat. Klare Anweisungen in der Entwurfsphase können zu schnelleren Abläufen führen und das Risiko von Materialschäden verringern.
Da Lasermaschinen 2D-Vektoren folgen, stellen Sie sicher, dass die Linien nicht unzusammenhängend sind. Schließen Sie alle Kanten. Stellen Sie sicher, dass die Kerbbreite mindestens 1 mm der Dicke beträgt und von der Ecke der Metallplatte entfernt ist. Auf diese Weise bleibt die Integrität der Metallplatte erhalten.
Verrundungen werden anstelle von scharfen Kanten empfohlen, da dies die Spannungskonzentration verringert. Typischerweise sollte der Rundungsradius halb so groß wie die Dicke sein.
Angenommen, Sie müssen mehrere Innen- und Außenelemente in eine einzelne Baustahlplatte schneiden. Platzieren Sie sie richtig, damit die Qualität erhalten bleibt. Wenn zwei Merkmale zu nahe beieinander liegen, kann der Laser die Kante zwischen zwei Merkmalen verbrennen.
2. Oberflächenreinigung
Wie wir wissen, gibt es bei Baustahl unterschiedliche Güten, was bedeutet, dass sich ihre Eigenschaften unterscheiden. Einige Sorten sind weniger korrosionsbeständig als andere. Dadurch können sich auf der Metalloberfläche Rost und Zunder ansammeln. Schon die kleinste Schicht kann die Schnittqualität negativ beeinflussen. Achten Sie darauf, die Weichstahlplatte vor dem Prozess richtig zu reinigen.
3. Auswahl der Laserleistung
Die Laserleistung ist der wichtigste Parameter beim Laserschneiden. Typische Ausgangsleistungen von Lasermaschinen sind 1.5 KW, 2 KW, 3 KW und 6 KW.
Die Laserleistung bestimmt die maximale Dicke der Baustahlplatte, die Sie schneiden können. Der beste Ansatz ist der Blick in die Richtlinien des Maschinenherstellers. So vermeiden Sie unnötigen Schaden.
Faserlaser benötigen weniger Leistung als CO2-Laser, um die gleiche Tiefe zu schneiden, wenn alle anderen Parameter gleich bleiben. Dies liegt daran, dass Faserlaser eine höhere Absorptionsrate haben.
4. Schadensinspektion
Wenn Ihre Maschine einige Tage ununterbrochen läuft, empfiehlt es sich, die Komponente der Lasermaschine auf Vorschäden zu untersuchen, bevor Sie mit einem anderen Auftrag beginnen. Die Laserlinse, die Düse, der Brenner, der Gasfluss usw. sind hauptsächlich anfällig für Beschädigungen. Manchmal bleibt Schmutz im Laser hängen und kann die Schneidleistung beeinträchtigen.
5. Schnitteinstellung anpassen
Zu den Schnitteinstellungen für Baustahl gehören Leistungsabgabe, Schnittgeschwindigkeit, Lochstecheinstellung, Gasauswahl, Druck usw. Passen Sie diese gemäß den Richtlinien des Herstellers für die jeweilige Baustahlsorte an.
Das Stechen ist der erste und wichtigste Schritt, da es den richtigen Ton für den Rest des Schnitts angibt.
Stellen Sie sicher, dass Sie Verwenden Sie nur die empfohlenen Energieeinstellungen denn eine höhere Intensität kann Brandspuren auf dem Material hinterlassen. Durch Beobachtung ist bekannt, dass ein Laser mit Sauerstoff bei 1 mm bis 4 mm ein gutes Durchstechen erzeugen kann. Aber für dickeren Weichstahl wie 8 mm ist Druckluft viel besser geeignet, um Weichstahl zu durchbohren.
Das Lochen erfolgt an der Schnittlinie, wenn der Durchmesser des Lochs mit der Linienbreite übereinstimmt. Andernfalls erfolgt dies auf der Innenseite der Schnittlinie.
6. Auswahl des richtigen Gases
Sie müssen die Auswahl des Hilfsgases, den Druck und die Flussrate berücksichtigen. Für Weichstahl ist Sauerstoff am verträglichsten. Teilweise kommen aber auch Stickstoff und Druckluft zum Einsatz.
Baustahl erfordert niedrigere Leistungs- und Gasdruckeinstellungen für die gleiche Dicke im Vergleich zu anderen Stahlsorten. Überraschenderweise ist auch die Schnittgeschwindigkeit bei Baustahl höher. Beachten Sie dies bei der Auswahl der Gasparameter.
Sauerstoff erzeugt ein breiteres Loch als Stickstoff. Darüber hinaus zeigt die Forschung, dass stattdessen Stickstoff zum Durchstechen verwendet werden kann, und später kann das Schneiden mit Sauerstoff fortgesetzt werden. Mit dieser Kombination kann an der Schnittlinie gestochen werden, wodurch Materialverschwendung reduziert wird.
Eine weitere Untersuchung zeigt die optimalen Bedingungen für das Sauerstofflaserschneiden von Weichstahl für unterschiedliche Dicken.
| Dicke (mm) | Durchschnittliche Breite (mm) | Leistung (W) | Schnittgeschwindigkeit (mm/s) | O2 Druck (bar) |
| 1 | 0.3 | 67 | 9.5 | 1 |
| 1.5 | 0.35 | 97 | 9.5 | 1 |
| 2 | 0.3 | 123 | 7.1 | 2 |
Wenn Sie mehr über Hilfsgase und deren Auswahl erfahren möchten, lesen Sie den Artikel „Welches Gas eignet sich am besten zum Laserschneiden? - Eine leicht verständliche Anleitung."
7. Kalibrieren der Düse
In einer Standard-Lasermaschine fließt ein Laserstrahl durch eine Kupferdüse. Wenn die Düse jedoch falsch ausgerichtet ist, wird der Laser blockiert. Dies wird als Balken-Clipping bezeichnet. Deshalb, Richten Sie den Laserstrahl immer aus, um Verluste beim Schneiden von Baustahl zu minimieren.
Ein weiterer Faktor ist die Fokuslage des Laserstrahls. Bei Baustahl müssen Sie den Fokus auf die Oberfläche des Materials legen. Die Höhe der Laserdüse variiert je nach Materialstärke und Materialart. Idealerweise sollte die Düse 0.2 mm – 0.5 mm von der Materialoberfläche entfernt sein.
8. Schnittgeschwindigkeit
Die Schnittgeschwindigkeit ist ein entscheidender Parameter bei der Qualitätskontrolle des Prozesses. Das häufigste Problem bei Baustahl ist der Streifeneffekt an der Schnittfuge, der hauptsächlich mit der Schnittgeschwindigkeit zusammenhängt.
Streifen sind die parallelen Linien und Rillen, die beim Schneiden entstehen. Es erhöht die Oberflächenrauhigkeit und beeinträchtigt das Finish des Schnitts. Später kann es auch beim Schweißen zu Problemen kommen.
Untersuchungen zeigen eine kritische Schnittgeschwindigkeit, bei der der Schliereneffekt beim Sauerstofflaserschneiden von Baustahl minimal ist.
Beginnen Sie damit, die Schnittgeschwindigkeit schrittweise zu erhöhen, bis Sie eine schlierenfreie optimale Geschwindigkeit erreichen. Behalten Sie diese Geschwindigkeit dann für den Rest der Arbeit bei. Außerdem sollte die Maschine mindestens 1KW Leistung oder mehr haben.
9. Minimierung der Wärmeeinflusszone (HAZ)
Eine ungleichmäßige Wärmeableitung kann währenddessen zu Materialdefekten führen Faserlaserschneiden. Dies gilt insbesondere für Baustahl. Diese Zonen entstehen dort, wo die Hitze das Material nicht schmilzt, aber heiß genug ist, um die Mikrostruktur zu verändern.
Dies kann alle möglichen Probleme mit sich bringen, wie z. B. verringerte Ermüdungsbeständigkeit, frühe Brüche und Verformung. Die richtige Auswahl des Hilfsgases verringert auch die HAZ, da es die Oberfläche kühlt.
Die beiden wichtigsten Faktoren, die die HAZ beeinflussen, sind Schnittkraft und Geschwindigkeit.
Als Faustregel gilt, dass HAZ minimiert werden kann, indem die Laserschneidgeschwindigkeit erhöht und die Laserleistung verringert wird. Allerdings ist es nicht so einfach. Eine höhere Schnittgeschwindigkeit kann auch zu einer größeren Oberflächenrauhigkeit führen. Sie müssen also die kritische Geschwindigkeit ausgleichen.
10. Erstellen Sie ein Testteil
Es ist schwierig, die Faserlaser-Schneideinstellung beim ersten Versuch zu treffen. Sicher, Sie können ein Basisniveau an Erfolg erreichen, aber Sie müssen Testteile für eine höhere Qualität erstellen. Diese sind der Prototyp des eigentlichen Jobs. Wenn Sie eine Bestellung von hundert Stück abschließen müssen, fertigen Sie zunächst einige Testteile an, um die idealen Laserparameter zu erhalten.
11. Untersuchen Sie den geschnittenen Teil
Das Muster auf einer Schnittkante kann viel über den Mangel in den Einstellungen der Lasermaschine aussagen. Idealerweise ist ein perfektes Gleichgewicht zwischen Leistung, Geschwindigkeit und Gasfluss der Schlüssel zu einer glatten Schnittkante. Beginnen Sie also mit einem Probeschnitt und prüfen Sie diesen visuell.
Befolgen Sie die empfohlenen Einstellungen des Herstellers. Optimieren Sie die Schnitteinstellungen, indem Sie die Vorschubgeschwindigkeit, den Gasdruck und die Leistung in kleinen Schritten erhöhen oder verringern. Hier sind einige der Mängel, auf die Sie achten sollten.
| Schnittfehler | Mögliche Gründe |
| Höhere Wärmeeinflusszone. | Macht ist zu viel. |
| Schmale Schnittfuge mit Oxydation unten. Übermäßige Schlacke an der unteren Schnittkante | Niedriger Brennpunkt, hohe Schnittgeschwindigkeit, niedriger Gasdruck (Sauerstoff), kleine Düsengröße. |
| Breitere Schnittfuge, Schliereneffekt, größere Rauheit, verbrannte Kanten. | Höherer Brennpunkt, höherer Gasdruck (Sauerstoff), langsame Schnittgeschwindigkeit, defekte Düse. |
Abschließende Gedanken
Die oben genannten hilfreichen Tipps werden Ihre Produktivität und Effizienz steigern. Kohlenstoffarmer Stahl oder Weichstahl ist das am häufigsten vorkommende Bearbeitungsmaterial, auf das Sie stoßen werden. Die Kenntnis der richtigen Strategien kann die Qualität und Produktionsrate drastisch verbessern. Dies wird Ihnen helfen, größere Gewinne und Erfolge zu erzielen. Diese Tipps gelten für Faserlaser- und CO2-Lasermaschinen gleichermaßen.
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