Vláknový laser pro ocelářský průmysl

• Foto

Ledacos. Vláknové lasery se během posledních let staly výrazně dostupnější a s nástupem vysokých výkonů si dnes dokáží poradit i s větší silou materiálu. Jejich provoz je zpravidla ekonomičtější než provoz laserů CO₂ a stroje samotné jsou výrazně jednodušší na instalaci, údržbu a provoz. Na následujících řádcích se pokusíme zjistit, pro které aplikace je vláknový (fiber) laser vhodný a kde je vhodnější jiná technologie.

SÍLA MATERIÁLU

Vláknové lasery pracují na vlnové délce 1 064 nm, která je pro dělení většiny kovů z hlediska pohlcování energie materiálem výrazně vhodnější než 10 640 nm dříve častěji používaných plynových laserů CO₂. Dnes již není problémem vybavit laser zdrojem o výkonu až 8 kW, který dokáže s využitím kyslíku jako asistenčního plynu dělit černou ocel až do síly 30 mm a ocel nerezovou do síly 20 mm za asistence dusíku pro zachování maximální kvality řezné hrany. Občas se stále ještě lze setkat s názorem, že vláknový laser dokáže řezat pouze ocel a dělení barevných kovů neumožňuje. Není to pravda. Vláknové lasery si bez problémů poradí s duralem, mědí či mosazí.

KVALITA A EKONOMIKA ŘEZU

Při mimořádně široké nabídce zdrojů, kterými je možné stroj osadit je nutné věnovat výběru vhodného zdroje dostatek času. Pro dosažení dobré kvality řezu je třeba, aby byl stroj schopen materiál dělit dostatečnou rychlostí. Při dělení materiálu rychlostmi pod 1 metr za minutu je kvalita řezu poměrně nízká a vzhledem ke spotřebovanému množství plynu je řez velmi nákladný. Obecně lze říci, že vláknový laser je dnes vhodný v provozech, jejichž převažující část výroby z černé oceli se odehrává pod hranicí 16 mm a práce s nerezem pod hranicí 10 mm.

NÁKLADY NA PROVOZ A ÚDRŽBU

V porovnání s CO₂ lasery je vláknový typ na údržbu i provoz velmi nenáročný. Efektivita převodu elektrické energie na světelnou dosahuje přibližně 4 × vyšších hodnot, což jednak výrazně snižuje příkon celého stroje a následně i výrazně zjednodušuje jeho chlazení. Vezmeme-li v úvahu celou soustavu zahrnující laser a jeho chladící jednotku, lze často u vláknového laseru dosáhnout úspory energie 75 – 85 % v porovnání s CO₂ typem. Další nemalou úsporou je fakt, že vláknový laser pro svůj provoz nevyžaduje trvalý přísun nákladných provozních laserových plynů. Asistenční plyny, tedy nejčastěji kyslík, dusík či čištěný vzduch vyžadují samozřejmě oba dva typy.

Z hlediska údržby nabízejí vláknové lasery už z principu své konstrukce celou řadu výhod. U CO₂ laseru je paprsek veden do hlavy soustavou mimořádně přesných zrcadel, která jsou velmi náročná na přesné zaměření. Již při instalaci se u těchto strojů definují celé řady požadavků na prostor, ve kterém má být stroj provozován a často si jejich instalace vyžádá například změnu konstrukce podlahy. Důvodem je nejčastěji právě riziku vychýlení zrcadel i při nepatrných změnách podloží či při změnách teplotních. Vysoké nároky jsou kladeny také na krytování celého stroje, neboť paprsek z nešťastně vychýleného zrcadla by mohl způsobit velmi vážné zranění obsluhujícího personálu.

V případě vláknového laseru je celá situace výrazně zjednodušena. Od zdroje záření je energie až do hlavy vedena optickým kabelem opatřeným pancéřovou ochranou zabraňující poškození optického vlákna. Stroj neobsahuje žádná zrcadla, která by byla náročná na údržbu. Ve většině případů tak ze spotřebního materiálu zůstávají k pravidelné výměně pouze dvě položky – tryska a krycí sklíčko optické části. Obě dvě jsou snadno vyměnitelné obsluhou stroje. Proto nejsou u tohoto typu zařízení vyžadovány periodické kontroly dodavatelem. Jednodušší obsluha je dána často i skutečností, že vzhledem k principu činnosti není pro vláknový laser vyžadováno krytování a pracovní plocha je tak výrazně snadněji dostupná.

JAKÝ STROJ TEDY ZVOLIT?

Základní pravidla pro vhodný výběr technologie lze shrnout v podstatě do několika vět. Pokud Vaše výroba klade důraz na vysokou přesnost řezu při zachování nízkých nákladů a zároveň se více než 80 % výpalků provádí do síly materiálu 16 mm či méně v případě černé oceli a 10 mm či méně v případě nerezu, pak jistě stojí za to nechat si některým z dodavatelů zpracovat ekonomickou analýzu provozu vláknového laseru ve Vašich podmínkách.

POŘIZOVACÍ NÁKLADY

Ceny průmyslových vláknových laserů jsou pro mnohé zákazníky stále ještě zahaleny rouškou tajemství a často jsou pořizovací náklady nižší, než zákazník očekává. Pro základní představu lze říci, že nejjednodušší stroje pro tenčí plechy začínají na hranici přibližně 2 milionů korun. Profesionální zařízení, schopné dělit černou ocel do síly přibližně 8 mm s plochou 3 × 1,5 m pořídíte za cenu přibližně o milion vyšší. Za částku 5 milionů lze pak již pořídit plně vybavený stroj s automatickou výměnou stolů či rotační osou pro profilové materiály, schopný zpracovávat černou ocel do šíře 14 mm a nerezovou ocel do cca 8 mm. Nabídka je tedy opravdu široká…

Autor je jednatelem společnosti 4ISP s.r.o., která je výhradním distributorem strojů HSG Laser pro Českou republiku, Slovensko, Polsko a Německo.

Fibre Laser for the Steel Industry
Few years ago, the combination from the title of the article would be considered a joke. A fibre laser in the steel industry? It is rather plasma that belongs there, and gas CO₂ lasers with high performance for the applications that require high precision. So what has changed then? Quite many things. In the past couple of years, the fibre lasers have become significantly more accessible and with the today’s advent of high performance, they have become able to handle even a greater material strength. Their operation is generally more economical than the operation of CO₂ lasers and the machines themselves are much easier to install, maintain and operate. In the following lines, we will try to find out what applications the fibre laser is appropriate for and when other technologies are more appropriate.

Autor

• Tůma Petr