Palnik laserowy do spawania i cięcia stali - wybór i zastosowanie

Pytanie

palnik laserowy do spawania stali i do ciecia

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• Tak – jedną głowicą (tzw. „palnikiem” laserowym) współpracującą z laserem światłowodowym można spawać stal i wykonywać proste cięcia.
• Realistyczny zakres:
  • spawanie stali węglowej/nierdzewnej: blachy ~0,5–5 mm przy mocy 1,5–3 kW (większa moc = większa przepustowość/głębokość).
  • cięcie ręczne „3‑in‑1” (spawanie/cięcie/czyszczenie): czyste cięcie N2 do ok. 1–2 mm, cięcie tlenowe stali węglowej do ~3–4 mm (wolniej, krawędź utleniona).
• Do szybkiego, jakościowego cięcia >6–8 mm stali potrzebny jest dedykowany układ tnący z wysokociśnieniowym gazem i źródłem >6–10 kW; „palnik” uniwersalny tego nie zastąpi.

Szczegółowa analiza problemu

• Źródło i długość fali:
  • Lasery światłowodowe (1030–1080 nm) dominują w zastosowaniach spawalniczo-tnących: wysoka sprawność, dobra jakość wiązki, niska obsługowość.
• Architektura zestawu „palnika”:
  • źródło (1–3 kW dla ręcznych, 4–12 kW dla stanowisk stacjonarnych),
  • światłowód dostarczający energię,
  • głowica z kolimatorem, soczewką ogniskującą, oknem ochronnym, dyszą oraz opcjonalnym mechanizmem „wobble” (oscylacja plamki),
  • układ gazów (osłonowy przy spawaniu, tnący przy cięciu),
  • chłodzenie cieczą (chiller) i sterownik,
  • zabezpieczenia klasy lasera 4.
• Spawanie (stal czarna i nierdzewna):
  • tryb: przewodzenie lub „keyhole” (głębokie wtopienie),
  • pozycja ogniska: zwykle 0…−1 mm względem powierzchni złącza,
  • gaz osłonowy: Ar (uniwersalny), He (większa penetracja, mniejsze zadymienie), mieszanki Ar/He; przepływ 5–20 l/min,
  • „wobble” 1–3 mm pomaga mostkować szczeliny do ~0,5 mm i redukuje porowatość.
  • orientacyjne parametry (przykłady startowe):
    • 1,5 mm stal DC01: 1,2–1,8 kW; 3–6 m/min; Ar 10–15 l/min; dysza 8–10 mm.
    • 3 mm stal 304: 2–3 kW; 1,5–3 m/min; He/Ar 10–15 l/min; fokus 0…−0,5 mm.
    • 5 mm S235: 3 kW; 0,6–1,2 m/min; He/Ar; ewent. podgrzew 80–120°C dla ograniczenia pęknięć.
• Cięcie:
  • stal węglowa + O2: mniejsze ciśnienia (typ. 0,5–1,5 bar), reakcja egzoenergetyczna wspomaga cięcie; krawędź utleniona,
  • stal nierdzewna + N2: wysokie ciśnienia (10–20 bar) dla „białej” krawędzi; w systemach ręcznych ograniczeniem bywa maks. ciśnienie układu,
  • pozycja ogniska: −1…−3 mm w głąb materiału; dysze 1,0–2,0 mm; odstęp końcówki 0,8–1,5 mm,
  • przykłady startowe:
    • 1,5 mm stal 304 (N2): 1,5–2 kW; 10–18 m/min; 12–18 bar; dysza 1,2–1,5 mm.
    • 3 mm S235 (O2): 2–3 kW; 2–5 m/min; 0,7–1,2 bar; dysza 1,5–2,0 mm.
    • 4 mm S235 (O2, głowica ręczna): 2–3 kW; 0,8–2 m/min; 1,0–1,5 bar.
• Różnice konfiguracji spawanie vs cięcie:
  • spawanie: większa osłona gazowa, większa średnica dyszy/ekranu, niższe ciśnienie; jakość spoiny i minimalna SWC,
  • cięcie: mała plamka, maks. gęstość mocy, precyzyjna dysza i wysokie ciśnienie (zwł. N2), kontrola „piercingu”.
• Materiał i odbicie wsteczne:
  • stale nierdzewne i czarne: umiarkowane ryzyko refleksów; mimo to zalecany moduł antyrefleksyjny w źródle.
  • aluminium, miedź – wysoka refleksyjność: wymagają szczególnej ostrożności (nie jest tematem pytania, ale wpływa na dobór sprzętu, jeśli przewidujesz prace mieszane).

Aktualne informacje i trendy

• Ręczne fiber-lasery „3‑in‑1” (spawanie/cięcie/czyszczenie) z głowicami „wobble” 1,5–3 kW – rosnąca popularność w warsztatach i serwisie.
• Kształtowanie wiązki (rdzeń+pierścień) i dynamiczne „wobble” poprawiają tolerancję na szczelinę i redukują odpryski podczas spawania oraz jakość frontu cięcia.
• Integracja wizji i czujników wysokości nawet w półręcznych głowicach – łatwiejsze prowadzenie palnika, stała szczelina.

Wspierające wyjaśnienia i detale

• Dlaczego tlen do stali węglowej? – wspomaga proces cięcia reakcją utleniania, dzięki czemu niższa moc wystarcza do grubszych blach, ale krawędź jest ciemna/utleniona.
• Dlaczego azot do nierdzewnej? – jako gaz obojętny nie utlenia krawędzi, daje „białe” cięcie, wymaga jednak wysokiego ciśnienia i stabilnej geometrii dyszy.
• „Wobble” w spawaniu: powiększa efektywną szerokość ścieżki, homogenizuje rozkład energii i zmniejsza porowatość.

Aspekty etyczne i prawne

• Bezpieczeństwo klasy 4: obowiązkowe osłony, blokady, klucze, sygnalizacja; okulary ochronne certyfikowane dla 1 μm; ekstrakcja dymów i czujniki gazów.
• Normy i przepisy (USA): ANSI Z136.1 (bezpieczeństwo laserów), OSHA (BHP), wymagania FDA/CDRH dla wyrobów laserowych; w UE – EN 60825-1.
• Gazowe instalacje wysokociśnieniowe: zawory bezpieczeństwa, węże i reduktory z atestem do 20–30 bar (N2), procedury pracy z O2.

Praktyczne wskazówki

• Minimalny sensowny zestaw „uniwersalny”:
  • źródło fiber 2 kW,
  • ręczna głowica „wobble” z dyszami: spawalniczą (8–12 mm) i tnącą (1,0–2,0 mm),
  • chiller 3–5 kW,
  • armatura N2 (do 20 bar) i O2 (do ~2 bar) + filtry i odwadniacz,
  • wyciąg dymów i komplet środków ochrony.
• Procedura strojenia cięcia:
  1. ustaw fokus (−1…−2 mm),
  2. dobierz dyszę i ciśnienie,
  3. ustaw „piercing” (czas/rampe mocy),
  4. skanuj prędkość, obserwując strużkę wióra i chropowatość krawędzi.
• Procedura strojenia spawania:
  1. przygotuj krawędzie (czysto, odtłuszczone),
  2. zacznij od 0,8–1,2 kW/mm grubości przy prędkości 1–3 m/min,
  3. koryguj fokus i amplitudę „wobble”,
  4. kontroluj gaz – zbyt mało: przebarwienia/utlenienie; zbyt dużo: turbulencje i wtrącenia.
• Utrzymanie:
  • regularna wymiana okna ochronnego i dysz; kontrola osiowości plamki (test taśmy termoczułej); kalibracja odległości palnik–materiał.

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• Głowica „2‑w‑1/3‑w‑1” to kompromis: wygodna do serwisu i lekkich prac, nie zastąpi wycinarki światłowodowej 6–12 kW z głowicą tnącą i CHS.
• Limitujące bywa maksymalne ciśnienie gazu w ręcznych zestawach – wpływa na jakość i grubość cięcia N2.
• Stale powlekane (ocynk) wymagają szczególnej wentylacji (dym ZnO).

Sugestie dalszych badań

• Testy DoE dla Twoich zakresów grubości (moc–prędkość–fokus–gaz) z metrykami: głębokość wtopienia, chropowatość Ra, strefa wpływu ciepła, twardość HAZ.
• Rozważ głowice z regulowanym profilem wiązki (rdzeń/pierścień) – lepsza stabilność keyhole i krawędź cięcia.
• Integracja podajnika drutu dla wypełniania szczelin >0,5 mm i kontroli składu spoiny.

Krótkie podsumowanie

• Jeden „palnik” laserowy może spawać stal i wykonywać lekkie cięcia; dla grubszych i szybkich cięć potrzebny jest dedykowany system tnący o wyższej mocy i ciśnieniu gazu.
• Najbardziej uniwersalny wybór to laser światłowodowy 1,5–3 kW z ręczną głowicą „wobble”, Ar/He do spawania oraz N2/O2 do cięcia, z pełnym pakietem zabezpieczeń klasy 4.

Jeśli podasz:

• gatunki stali i zakres grubości,
• czy praca ma być ręczna czy z robotem,
• dostępne gazy i oczekiwaną jakość krawędzi,
  to przygotuję konkretne „okna procesowe” (moc/prędkość/gaz/dysza) i rekomendację konfiguracji sprzętu.