Лазерне різаннядодаток
Швидкі аксіальні CO2-лазери в основному використовуються для лазерного різання металевих матеріалів, головним чином через хорошу якість променя.Хоча відбивна здатність більшості металів до променів CO2-лазера досить висока, відбивна здатність поверхні металу при кімнатній температурі зростає зі збільшенням температури та ступеня окислення.Після пошкодження металевої поверхні коефіцієнт відбиття металу наближається до 1. Для лазерного різання металу необхідна вища середня потужність, і ця умова відповідає лише потужним CO2-лазерам.
1. Лазерне різання сталевих матеріалів
1.1 Безперервне лазерне різання CO2 Основні параметри процесу безперервного лазерного різання CO2 включають потужність лазера, тип і тиск допоміжного газу, швидкість різання, фокусне положення, фокусну глибину та висоту сопла.
(1) Потужність лазера Потужність лазера має великий вплив на товщину різу, швидкість різання та ширину розрізу.Коли інші параметри постійні, швидкість різання зменшується зі збільшенням товщини ріжучої пластини і збільшується зі збільшенням потужності лазера.Іншими словами, чим більша потужність лазера, тим товщі пластини, які можна розрізати, тим вище швидкість різання та трохи більша ширина розрізу.
(2) Тип і тиск допоміжного газу Під час різання сталі з низьким вмістом вуглецю CO2 використовується як допоміжний газ для використання тепла реакції згоряння заліза та кисню для сприяння процесу різання.Швидкість різання висока, а якість розрізу хороша, особливо можна отримати розріз без липкого шлаку.При різанні нержавіючої сталі використовується CO2.До нижньої частини розрізу легко прилипнути шлак.Часто використовується змішаний газ CO2 + N2 або двошаровий газовий потік.Тиск допоміжного газу має значний вплив на ефект різання.Відповідне збільшення тиску газу може збільшити швидкість різання без липкого шлаку завдяки збільшенню імпульсу газового потоку та покращенню здатності до видалення шлаку.Однак якщо тиск занадто високий, поверхня зрізу стає шорсткою.Вплив тиску кисню на середню шорсткість поверхні розрізу показано на малюнку нижче.
Тиск тіла також залежить від товщини пластини.Під час різання сталі з низьким вмістом вуглецю CO2-лазером потужністю 1 кВт залежність між тиском кисню та товщиною листа показано на малюнку нижче.
(3) Швидкість різання Швидкість різання має значний вплив на якість різання.За певних умов потужності лазера існують відповідні верхні та нижні критичні значення для хорошої швидкості різання при різанні низьковуглецевої сталі.Якщо швидкість різання буде вище або нижче критичного значення, відбудеться налипання шлаку.Коли швидкість різання низька, час дії тепла реакції окислення на ріжучу кромку подовжується, ширина різання збільшується, а поверхня різання стає шорсткою.У міру збільшення швидкості різання розріз поступово стає вужчим, поки ширина верхнього розрізу не буде еквівалентна діаметру плями.У цей час розріз трохи клиноподібний, широкий зверху і вузький знизу.Оскільки швидкість різання продовжує збільшуватися, ширина верхнього розрізу продовжує зменшуватися, але нижня частина розрізу стає відносно ширшою і набуває форму перевернутого клина.
(5) Глибина фокусування
Глибина фокусування має певний вплив на якість різальної поверхні та швидкість різання.При різанні відносно великих сталевих пластин слід використовувати пучок з великою фокусною глибиною;при різанні тонких пластин слід використовувати промінь з невеликою глибиною фокусу.
(6) Висота сопла
Висота сопла означає відстань від торцевої поверхні допоміжного газового сопла до верхньої поверхні заготовки.Висота насадки велика, і імпульс викинутого допоміжного повітряного потоку легко коливатися, що впливає на якість і швидкість різання.Тому під час лазерного різання висота сопла зазвичай мінімізується, зазвичай 0,5–2,0 мм.
① Лазерні аспекти
a.Збільште потужність лазера.Розробка більш потужних лазерів є прямим і ефективним способом збільшення товщини різання.
b.Імпульсна обробка.Імпульсні лазери мають дуже високу пікову потужність і можуть проникати через товсті сталеві пластини.Застосування високочастотної технології лазерного різання з вузькою шириною імпульсу може різати товсті сталеві пластини без збільшення потужності лазера, а розмір розрізу менший, ніж у безперервного лазерного різання.
в.Використовуйте нові лазери
②Оптична система
a.Адаптивна оптична система.Відмінність від традиційного лазерного різання полягає в тому, що не потрібно розміщувати фокус під поверхнею різання.Коли положення фокуса коливається вгору та вниз на кілька міліметрів уздовж напрямку товщини сталевої пластини, фокусна відстань в адаптивній оптичній системі змінюватиметься зі зміщенням положення фокусу.Зміни фокусної відстані вгору та вниз збігаються з відносним рухом між лазером і деталлю, що призводить до зміни положення фокуса вгору та вниз уздовж глибини деталі.Цей процес різання, під час якого положення фокуса змінюється залежно від зовнішніх умов, може дати високоякісні розрізи.Недоліком цього методу є те, що глибина різання обмежена, як правило, не більше 30 мм.
b.Технологія біфокального різання.Для двічі фокусування променя на різних ділянках використовується спеціальна лінза.Як показано на малюнку 4.58, D є діаметром центральної частини лінзи та діаметром крайової частини лінзи.Радіус кривизни в центрі лінзи більший за навколишню область, утворюючи подвійний фокус.У процесі різання верхній упор розташовується на верхній поверхні заготовки, а нижній — біля нижньої поверхні заготовки.Ця спеціальна технологія двофокусного лазерного різання має багато переваг.Для різання м’якої сталі він може не тільки підтримувати лазерний промінь високої інтенсивності на верхній поверхні металу, щоб відповідати умовам, необхідним для займання матеріалу, але також підтримувати лазерний промінь високої інтенсивності біля нижньої поверхні металу. відповідати вимогам до займання.Необхідність виконувати чисті різи в усьому діапазоні товщини матеріалу.Ця технологія розширює спектр параметрів для отримання якісних зрізів.Наприклад, використовуючи 3 кВт CO2.лазером, звичайна товщина різання може досягати лише 15~20 мм, тоді як товщина різання за допомогою технології подвійного фокусування може досягати 30~40 мм.
③Форсунка та допоміжний потік повітря
Розумно спроектуйте сопло, щоб покращити характеристики поля повітряного потоку.Діаметр внутрішньої стінки надзвукового сопла спочатку зменшується, а потім розширюється, що може створити надзвуковий повітряний потік на виході.Тиск подачі повітря може бути дуже високим без утворення ударних хвиль.При використанні надзвукової насадки для лазерного різання якість різання також ідеальна.Оскільки тиск різання надзвукового сопла на поверхню заготовки є відносно стабільним, це особливо підходить для лазерного різання товстих сталевих пластин.
Час публікації: 18 липня 2024 р
