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Auf einen Blick: So geht das Laserbrennschneiden

Beim Laserstrahlbrennschneiden wird ein Werkstoff auf Entzündungstemperatur erhitzt und meist durch Zugabe von Sauerstoff (Blasgas) verbrannt. Wobei die frei gewordene Energie den Schneidprozess erheblich unterstützt. Das entstandene Eisenoxid wird dann von dem Sauerstoffstrahl ausgeblasen.

Das Laserbrennschneiden wird häufig im Stahlbau, Fahrzeugbau und der Klein- und Großserienfertigung eingesetzt. Es umfasst zwei gleichzeitig ablaufende Prozesse. Beim ersten Prozess absorbiert die Schneidfront den fokussierten Laserstrahl und die zum Schneiden benötigte Energie wird eingebracht.

In einem zweiten Prozess wird an einer konzentrisch zum Laser angeordneten Schneiddüse ein Gas bereitgestellt, das zwei Funktionen übernimmt: Die Fokussieroptik soll vor Dämpfen und Spritzern geschützt und der abgetragene Werkstoff aus der Schnittfuge geblasen werden. Je nach der erreichten Temperatur und der Art des Gases entstehen am Fugenwerkstoff unterschiedliche Aggregatzustände.

Bei einigen Nichteisenmetallen wie zum Beispiel Kupfer, Aluminium, Zink, Nickel, Blei und Magnesium reicht die eingebrachte Wärme nicht aus, um den Schneidvorgang wesentlich zu unterstützen. Daher können nur Materialien geschnitten werden, deren Zündtemperatur unterhalb der Schmelztemperatur liegt.

Einsatzbereiche und Strahlquellen

Im Wesentlichen werden daher mit dem Laserbrennschneiden niedrig- und unlegierter Stähle und in Einzelfällen auch Edelstähle verarbeitet. Für die Strahlquelle kommt meist ein CO2-Laser zum Einsatz. Das Laserbrennschneiden überzeugt mit einer hohen Schnittgeschwindigkeit. Zudem können auch relativ dicke Werkstücke von bis zu einer Stärke von 30 mm bearbeitet werden.

Mit dem Verfahren des Laserbrennschneidens lassen sich folgende Schnittgeschwindigkeiten erzielen: bei Blechen unter 1 mm Dicke bis 250 m/min und mit einem 4-kW-CO2-Laser bei 20 mm dicken Baustahl rund 0,8 m/min. Die Schnittspaltbreite ist etwas größer als bei dem Verfahren des Laserschmelzschneidens sowie des Lasersublimierschneidens und liegt bei rund 0,1 bis 0,8 mm.

Prozessgase im Einsatz

Mit einem Sauerstoffstrahl, der auf die erwärmte Stelle strömt, wird der Werkstoff in der Schnittfuge fast vollständig verbrannt. Das dabei entstehende Eisenoxid, auch Schlacke genannt, vermischt sich mit der Metallschmelze und wird dann durch den Sauerstoffstrahl ausgeblasen. Darüber hinaus sorgt der Sauerstoff für eine bis zu 5-fache Verstärkung der Laserenergie und ist damit für die Bearbeitung ein weiterer Energielieferant.

Das bedeutet, die erforderliche Laserleistung ist niedriger als vergleichsweise beim Verfahren des Laserschmelzschneidens. Wie beim Laserschmelzschneiden kommen sowohl CO2- als auch Festkörperlaser zum Einsatz. CO2-Laser qualifizieren sich im Allgemeinen besser als Strahlquelle für das Schneiden dickerer Materialstärken.

Gratbildung durch Sauerstoff

Die beim Schneiden entstandene Oxidschicht bzw. Gratenbildung muss vor einer weiteren Oberflächenbehandlung wie zum Beispiel Lackieren oder Pulverbeschichten entfernt werden. Soll der Werkstoff im Anschluss des Laserschneidens galvanisiert oder feuerverzinkt werden, ist die Oxidschicht kein Nachteil, da sie im Beizbad automatisch entfernt wird.

Wird der Sauerstoff durch Stickstoff ersetzt, so erhält man einen oxidfreien Schneidrand. Dadurch lässt sich der Werkstoff problemlos Lackieren oder Pulverbeschichten. Zudem ist er besser schweißbar. Stahl ist jedoch mit Stickstoff nur bis zu einer Dicke von 8 mm schneidbar.

Eine Gratbildung kann viele Ursachen haben. Die Hauptursache für alle Schneidarten sind falsche Schnittparamter. Unabhängig davon welches Verfahren zum Einsatz kommt, es muss die Geschwindigkeit, der Abstand zum Blech, der Schneidstrom oder die Schneidleistung etc. genau abgestimmt sein. Das Ergebnis eines Schneidprozesses hängt in der Regel mit der Erfahrung des Anwenders zusammen.

Maschinelles Entgraten lohnt aber nur, wenn genügend Teile vorhanden sind. Es ist auch nur bei Standardteilen bzw. großen Losgrößen gleichartiger Teile sinnvoll. Bei ständig wechselnden Blechdicken müsste die Maschine automatisch die Dicken erkennen.

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