Fiber Lasersnijder verkoop & Service

Veelvoorkomende problemen bij lasersnijden en hun oplossing

Lasersnijden is stilaan een hoeksteen aan het worden van de metaalverwerkende industrie. In tegenstelling tot de conventionele bewerkingen heeft het veel voordelen. Om een lasersnijmachine juist in te stellen moet je echter wel wat kennis hebben. Verschillende metalen hebben verschillende eigenschappen. Aluminium reageert heel anders dan zacht staal. Plaatwerk is heel anders dan 3D werkstukken.

De operator heeft dus wel een beetje kennis nodig om bij te sturen wanneer er niet gesneden wordt zoals verwacht. In dit artikel gaan we het hebben over de meest voorkomende problemen bij lasersnijden en hun oplossing. We verdelen deze problemen in 2 groepen: problemen indien er een snede is en problemen indien de laserbundel niet (of onvoldoende) door het materiaal snijdt.

Ben je niet mee met de gebruikte terminolgie, bekijk dan zeker eerst dit artikel, waarin we de meest voorkomende termen en principes van lasersnijden uitleggen:

Alles wat je moet weten over snijden van metalen met hoogvermogen lasers

Snedekwaliteit bij verschillende procesparameters.

Eerst en vooral is het belangrijk om te weten welke procesparameters er allemaal de snedekwaliteit beïnvloeden en wat je kan verwachten als deze parameter te hoog of te laag is ingesteld. Dat is de eerste stap om je op het juiste pad te zetten om je probleem op te lossen.

Laservermogen

Is het vermogen dat je laser levert te hoog ingesteld, merk je dit eerst en vooral in een toename in de snedebreedte. Je zal last hebben van bramen, tapsheid en in de snede golvende ribbeltjes (striations) zien.

Is het vermogen te laag zal de snedebreedte afnemen of er zal geen snede ontstaan.

Snijsnelheid

Heb je je snijsnelheid te hoog ingesteld zal er niet genoeg tijd zijn om een de laserstraal zijn werk te laten doen. Je zal een afname zien in de snedebreedte en de ruwheid zal toenemen (striations). Soms treedt er zelfs helemaal geen snede op.

Staat de snijsnelheid te laag, zie je dan weer een toename in de snedebreedte en is er braamvorming en tapsheid.

Focuspositie

Ook de focuspositie is belangrijk bij het snijden. Staat deze te hoog zie je een afname in de snedebreedte of geen snede. Ook de ruwheid neemt toe. Bij een te lage focuspositie ontstaat er braamvorming en tapsheid. De sneedtebreedte neemt toe.

Druk snijgas

Als de druk van je snijgas veel te hoog staat krijg je te maken met diepe ribbels (striations) in het snijvlak. Een brede en/of verbrande snede aan de onderzijde is één van de belangrijkste kenmerken. Staat de druk van het snijgas te laag wordt het gesneden materiaal niet naar behoren afgevoerd. er ontstaat dus braamvorming. Soms ontstaat er geen snede.

Nozzle-plaat afstand

Is de afstand tussen de nozzle en de plaat te hoog ontstaat er braamvorming. Is hij echter te laag krijg je te maken met een hoge ruwheid (diepe striations)

Diameter nozzle opening

Bij een te hoge diameter krijg je braamvorming en een zeer hoog gasverbruik. Bij een te lage diameter wordt uitlijnen van de nozzle tegenover de laserbundel moeilijker. Hierdoor kan het zijn dat er onvoldoende uitdrijving van het gesmolten gas ontstaat. Soms zorgt dit voor het ontbreken van een snede.

Problemen als er een snede is

Te grote snedebreedte

Bij een te grote snedebreedte zal er meestal ook braamvorming zijn. Controleer in dat geval zeker de volgende dingen:

  • Is de focupositie optimaal? Als het focuspunt te diep onder het productoppverlak geplaatst is, krijg je een snedebreedte die aan de bovenzijde te groot is. Is het focuspunt te hoog boven het productoppervlak geplaatst, zal de snedebreedte aan de onderzijde te groot zijn.
  • Is het gemiddelde laservermogen niet te hoog?
  • Is de snijsnelheid niet te laag?

De snede maakt een hoek met het oppervlak

In dit geval moet je de uitlijning van de laserbundel met de focusseringsoptiek eens grondig bekijken. Deze hoort coaxiaal uitgelijnd te zijn. Indien een richtlaser wordt gebruikt om dit te controleren, zorg dan dat deze coaxiaal is uitgelijnd met de laserbundel.

Te veel braam

Stel je vast dat er teveel braam ontstaat, bekijk dan zeker eerst de bovenstaande punten. Bij een te grote snedebreedte ontstaat heel vaak braam. Is dit niet het probleem dan is het probleem waarschijnlijk te wijten aan je snijgas, waardoor het gesmolten metaal onvoldoende wordt uitgedreven. Controlleer dan volgende parameters:

  • Snijdruk te hoog of te laag? Controleer de flesdruk en de instelling van de drukregelaar (reduceerventiel). Controleer of er geen lek is ontstaan in de gasslangen of buizen. Bij laseren ontstaan er vaak spatten en vonken, deze kunnen altijd voor schade zorgen. Controlleer ook op losse fittingen.
  • Te grote nozzle-plaat afstand? Hierdoor wordt niet voldoende gas door de snede geblazen en ontstaat dus braam.
  • Nozzle-diameter te groot (of door slijtage te groot geworden). Hierdoor zal het gas niet precies genoeg door de snede geblazen worden. Veel gas gaat daardoor verloren.

Onregelmatige braam (aan één zijde van de snede)

Heb je alleen bramen aan één zijde van de snede zal dit meestal ook van zijde veranderen als de snijrichting veranderd. Controleer de volgende parameters:

  • Laserbundel verkeerd uitgelijnd met nozzle opening?
  • Kijk na of de nozzle opening gedeeltelijk verstopt is (of geblokeerd is) door spatten of andere vervuilingen.
  • Is de nozzle-opening beschadigd? Botsingen met werkstukken of opspanmiddelen kunnen de nozzle opening beschadigen of zorgen voor onjuiste uitgelijnde laserbundels.
  • Is de intensiteitsverdeling van de laserbundel sysmmetrisch?

Te ruwe snijkant (diepe striations)

Een te ruwe snijkant is meestal gekarakterisseerd door diepe striations. Deze ontstaan als het gesmolten metaal door een te turbulente gasstroom uit de snede wordt gedreven. Er ontstaan zo werkvelingen en hierdoor zullen zich striations vormen. Controleer de volgende punten:

  • Is de gasdruk te hoog?
  • Is de nozzle-plaat afstand te klein?

Verbranding van de snede

Is er teveel zuurstof dat reageert met het gesmolten metaal, dan ontstaat er verbranding van de snede. Controleer de volgende punten:

  • Te hoge gasdruk? Indien je een niet-reactief gas gebruikt kan er nog altijd teveel zuurstof uit de omgeving in de snede worden gezogen omdat de hoge gasstroom voor turbulentie zorgt. Verloog je gasdruk.
  • Is de snijsnelheid te laag? In dat geval staat het gesmolten metaal te lang bloot aan zuurstof

Problemen bij geen snede

Indien er helemaal geen snede ontstaat, dient men een aantal algemene punten te controleren alsook een aantal aspecten van het bundeltransport te bekijken.

Algemene controlepunten

  • Een te laag (gemiddeld) laservermogen? Hierdoor is er niet genoeg energie om een snede te genereren bij een gegeven lassnelheid. Het laservermogen kan niet goed ingesteld zijn, maar kan ook afgenomen zijn door vervuiling van het gas in de resonator (CO2 laser), slijtage van lampen en diodes (fiberlaser of Nd:YAG-laser), een onjuiste uitlijning of vervuiling of slijtage van de optische elementen in de resonator. Controleer met een vermogensmeter het uitgestuurde laservermogen.
  • Te hoge snijsnelheid? Hierdoor is er niet genoeg energie beschikbaar om te snijden bij een gegeven laservermogen.
  • Een niet optimale focuspositie. Als het focuspunt te diep onder of the hoog boven het productoppervlak gepositioneerd is, zal de diameter van de laserspot op het productoppervlak te groot zijn. Hierdoor zal de intensiteit van de laser te laag zijn om het materiaal te smelten. Indien de focusseringsoptiek pas vervangen is, kan het nodig zijn om de optimale focuspositie opnieuw te bepalen.
  • Brandpuntsafstand in combinatie met de juiste optiek. Optiek met een te lange brandpuntsafstand zorgt voor een te grote focus. Een andere lens met een korte brandpuntsafstand om de optimale focuspositie te bepalen is dan aangewezen.

Controlepunten m.b.t. het bundeltransport

De laserbundel wordt getransporteerd via spiegels of glasvezels naar de focusseringsoptiek. Fouten in dit transport kan leiden tot vermogensverlies, waardoor het er geen snede ontstaat. Controleer de volgende punten:

  • Zijn de spiegels schoon? Controleer ook het debiet van de gasberscherming en de filters van deze spiegels indien deze aanwezig zijn.
  • Heeft de laserstraal een vrije baan van bron tot optiek? Als de bundel ergens de bundelafscherming raakt krijg je een onvolledige mode burn of een mode burn met interferentiepatronen.
  • Is de richtlaser uitgelijnd met de laserbundel? Zijn beide bundels gecentreerd t.o.v. van de spiegels van het bundeltransportsysteem en de focusseeroptiek?
  • Wordt het laservermogen goed ingekoppeld in de glasfiber (zie figuur 2.8)? Vergelijk daartoe het ingestelde laservermogen met het (gemeten) vermogen dat de fiber verlaat. Dit laatste mag niet lager zijn dan circa 90% van het ingestelde laservermogen.

Problemen bij onvoldoende snede

Algemene controlepunten

  • Is de nozzle-plaat afstand constant over de gehele lengte van de snijcontour? Dit kan nagekeken worden door middel van afstandplaatsjes tussen de nozzle en het product. Meet op verschillende plaatsen langs de contour. Heeft jou systeem een afstandsensor, controlleer dan de afstelling.
  • Controlleer op obstakels die de laserbundel belemmeren. Opspanklemmen of delen van het product zelf kunnen in de weg ziten. Een stukje tape op een verdacht opstakel plakken en kijken of er brandplekken ontstaan is de makkelijkste manier om zeker te zijn.

Controlepunten m.b.t. het bundeltransport en focussering

  • Indien er een afname van de snedekwaliteit is geweest gedurende een aantal dagen of weken, kan dit liggen aan een thermische focussering van de lens. Controlleer of de standtijd van de lens (bijna) is overschreden. Is er een schijnbare verkorting van de brandpuntsafstand? Je kan een mode burn doen ter controle en vergelijk die met de verwachtingen. Controleer ook de toestand van de resonator (zuiverheid van het gas in de CO2-laser, kwaliteit van het koelwater, enz.).
  • Is de koeling van het bundeltransportsysteem en de focusseeroptiek afdoende? De behuizing van de optiek en het koelwater mogen niet meer dan handwarm zijn.
  • Controlleer de optiek. Is deze vuil of beschadigd (krassen en/of putjes). Is deze vrij van vuil (spatten, roet)? Bij vervuiling van de optiek treedt absoprtie van de laserenergie op en is er opwarming van de lens. Hierdoor ontstaat een schijnbare verkorting van de brandpuntsafstand. Dit is vooral belangrijk bij het gebruik van lezen met een korte brandpuntsafstand.

We hebben het hier gehad over de meestvoorkomende problemen bij het lasersnijden. Maar misschien ligt het probleem helemaal niet bij je machine. Misschien ligt het wel bij het materiaal dat je wenst te snijden. Bekijk daarom ook zeker het volgende artikel over de eigenschappen van verschillende metalen en hoe ze het lasersnijproces beïnvloeden.

Welke metaaleigenschappen beïnvloeden het lasersnijproces?