Laserschneiden: So klappen Schneidprozess und Gaseinsatz

Laserschneider bewirken ein sehr effektives Trennverfahren, das sich dank der Verwendung von Gasen durch hohe Präzision, Geschwindigkeit und Vielseitigkeit auszeichnet. Je nach Werkstoff und Einsatz von Gasen sind kaum Nachbearbeitungen erforderlich.

Beim thermischen Trennverfahren eines Lasers trifft ein Laserstrahl auf die Oberfläche eines Werkstoffs und erhitzt dabei das Material bis es schmilzt oder gänzlich verdampft. Erst nachdem der Laserstrahl den Werkstoff punktförmig und vollständig durchdrungen hat, beginnt an dieser Stelle der eigentliche Schneidprozess. In der Folge arbeitet das Lasersystem die vorgegebene Geometrie ab und durchtrennt den Werkstoff. In Abhängigkeit von der Anwendung beeinflusst der Einsatz von geeigneten Prozessgasen die Ergebnisse.

Schneidprozess und wichtige Prozessgrößen

Folgende Prozessgrößen üben einen wesentlichen Einfluss auf den Schneidprozess beim Laserscheiden aus: Brennweite der Schneidlinse, Fokusposition, Düsengröße, Düsenmitte, Arbeitsabstand, Schneidgasart, Schneidgasdruck, Leistung und Geschwindigkeit.

• Brennweite der Schneidlinse

  Fokussierlinsen kommen zur Bündelung des Laserstrahls zum Einsatz, die bis zu 5 kW/cm² Laserstrahlleistung erlauben. In der Regel werden Linsenbrennweiten von 5“, 7,5“ und 10“ verwendet.
  
  

• Fokusposition

  Wird das Prozessgas Sauerstoff eingesetzt, so ist die Oberfläche des Werkstoffs, die Position mit der höchsten Energiedichte. Darauf wird der Laserstrahl fokussiert, um dort so schnell wie möglich die Zündtemperatur zu erzielen. Minimale Abweichungen der Positionierungen über dem Werkstoff, führen zu einem breiteren Schnittspalt.
  
  Kommt Stickstoff zum Einsatz, wird der Fokus des Strahls nahe der Blechunterseite gesetzt. Damit lässt sich ein effektives Aufschmelzen des Werkstoffs und Ausblasen der Schmelze realisieren.
  
  

• Düsengröße

  Der Bohrungsdurchmesser beschreibt die Düsengröße. Beim Verfahren des Laserbrennschneidens von 10 mm Baustahl sind das etwa 1,2 – 1,5 mm. Wird 10 mm Edelstahl mit dem Verfahren des Schmelzschneidens bearbeitet, so beträgt die Größe etwa 2,5 – 4,0 mm. Die zylindrische Düsenbohrung formiert den Schneidgasstrahl und definiert die Schnittqualität. Dieser zylindrische Teil muss immer sauber gehalten werden und darf nie Beschädigungen aufweisen.
  
  

• Düsenmitte

  Das Schneidgas ist auf die Lage des Laserstrahls zur Düsenmitte angepasst. Dazu muss die Lage des Strahls ermittelt werden. Sind Laserstrahl und Schneidgas nicht richtig justiert, hat dies negative Einflüsse auf die Schnittqualität und den Spritzerauswurf.
  
  

• Arbeitsabstand

  In der Regel weist der Arbeitsabstand zwischen Düse und Werkstück die Maße 0,25 - 2,0 mm auf. Dieser Abstand darf sich beim Schneideprozess nicht verändern. Damit diese Abstände während des Schneidevorgangs immer konstant gehalten werden, eignet sich der Einsatz von Abstandssensoren. Größere Düsen reduzieren die Abstandssensibilität und das Schneideresultat gewährleistet eine durchgehende Qualität.
  
  

• Schneidgasarten

  Beim Laserbrennschneiden kommt Sauerstoff als Schneidgas zum Einsatz und für das Verfahren des Schmelzschneidens eignet sich Stickstoff und teilweise auch Argon. Bei nicht zufriedenstellenden Schneideergebnissen, kann das Prozessgas dafür ursächlich sein. In diesem Falle sollten Gasdruck und Durchfluss überprüft werden. Ist beispielsweise der Sauerstoffdruck zu groß, so können die Ecken am Werkstück leicht verbrennen oder die Konturen weniger ausgeprägt erscheinen. Ein geringerer Reinheitsgrad bei den Prozessgasen führt beim Sauerstoffschneiden zu einer geringeren Schneidgeschwindigkeit und beim Stickstoffschneiden zu einer reduzierten Qualität der Schnittkanten.
  
  

• Schneidgasdruck

  Beim Laserbrennschneiden sollte der Druck des Sauerstoffs mit zunehmender Werkstoffdicke bis unter 1 bar verringert werden. Wogegen der Druck des Stickstoffs mit zunehmender Werkstoffdicke beim Laserschmelzschneiden erhöht wird.
  
  

• Performance und Geschwindigkeit

  Die Leistung des Lasers als auch die Schnittgeschwindigkeit hängen von der jeweiligen Anlage ab. Hinweise zur Optimierung oder Fehlersuche sind in den Parametertabellen hinterlegt.
  
  

• Spezifikation und Zustand des Werkstoffs

  Die Qualität des Werkstoffs hat direkten Einfluss auf die Qualität des Schnittergebnisses. Oberflächen, bestehend aus Rost, Farbe oder auch tiefe Kratzer sowie andere Rauheiten, bedingen die Schnittqualität.

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