Лазерне різаннязастосування
Швидкі осьові CO2-лазери здебільшого використовуються для лазерного різання металевих матеріалів, головним чином завдяки гарній якості їхнього променя. Хоча відбивна здатність більшості металів до променів CO2-лазера досить висока, відбивна здатність поверхні металу за кімнатної температури зростає зі збільшенням температури та ступеня окислення. Після пошкодження поверхні металу відбивна здатність металу наближається до 1. Для лазерного різання металу необхідна вища середня потужність, і лише потужні CO2-лазери мають таку властивість.
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, глибину фокусування та висоту сопла.
(1) Потужність лазера Потужність лазера має великий вплив на товщину різання, швидкість різання та ширину розрізу. За постійних інших параметрів швидкість різання зменшується зі збільшенням товщини ріжучої пластини та збільшується зі збільшенням потужності лазера. Іншими словами, чим більша потужність лазера, тим товстіша пластина, яку можна різати, тим вища швидкість різання та трохи більша ширина розрізу.
(2) Тип та тиск допоміжного газу. Під час різання низьковуглецевої сталі CO2 використовується як допоміжний газ для використання тепла реакції згоряння заліза з киснем для прискорення процесу різання. Швидкість різання висока, а якість розрізу хороша, особливо можна отримати розріз без липкого шлаку. Під час різання нержавіючої сталі використовується CO2. Шлак легко прилипає до нижньої частини розрізу. Часто використовується суміш газів CO2 + N2 або двошаровий потік газу. Тиск допоміжного газу суттєво впливає на ефект різання. Відповідне збільшення тиску газу може збільшити швидкість різання без липкого шлаку завдяки збільшенню імпульсу потоку газу та покращенню здатності до видалення шлаку. Однак, якщо тиск занадто високий, поверхня різу стає шорсткою. Вплив тиску кисню на середню шорсткість поверхні різу показано на рисунку нижче.
Тиск на корпус також залежить від товщини пластини. Під час різання низьковуглецевої сталі CO2-лазером потужністю 1 кВт, залежність між тиском кисню та товщиною пластини показано на рисунку нижче.
(3) Швидкість різання Швидкість різання суттєво впливає на якість різання. За певних умов потужності лазера існують відповідні верхні та нижні критичні значення для хорошої швидкості різання низьковуглецевої сталі. Якщо швидкість різання вища або нижча за критичне значення, відбуватиметься налипання шлаку. Коли швидкість різання низька, час дії тепла реакції окислення на ріжучу кромку збільшується, ширина різу збільшується, а поверхня різу стає шорсткою. Зі збільшенням швидкості різання розріз поступово звужується, доки ширина верхнього розрізу не стане еквівалентною діаметру плями. При цьому розріз має злегка клиноподібну форму, широку зверху та вузьку знизу. Зі збільшенням швидкості різання ширина верхнього розрізу продовжує зменшуватися, але нижня частина розрізу стає відносно ширшою та набуває форми перевернутого клина.
(5) Глибина фокусування
Глибина фокусування має певний вплив на якість поверхні різання та швидкість різання. Під час різання відносно великих сталевих пластин слід використовувати промінь з великою фокусною глибиною; під час різання тонких пластин слід використовувати промінь з малою фокусною глибиною.
(6) Висота сопла
Висота сопла – це відстань від торцевої поверхні допоміжного газового сопла до верхньої поверхні заготовки. Висота сопла велика, а імпульс викиданого допоміжного повітряного потоку легко коливається, що впливає на якість та швидкість різання. Тому під час лазерного різання висоту сопла зазвичай мінімізують, зазвичай 0,5~2,0 мм.
① Лазерні аспекти
a. Збільшення потужності лазера. Розробка потужніших лазерів – це прямий та ефективний спосіб збільшення товщини різання.
b. Імпульсна обробка. Імпульсні лазери мають дуже високу пікову потужність і можуть проникати крізь товсті сталеві пластини. Застосування високочастотної технології лазерного різання з вузькою шириною імпульсу дозволяє різати товсті сталеві пластини без збільшення потужності лазера, а розмір розрізу менший, ніж при безперервному лазерному різанні.
c. Використовуйте нові лазери
②Оптична система
a. Адаптивна оптична система. Відмінність від традиційного лазерного різання полягає в тому, що фокус не розміщується нижче поверхні різання. Коли положення фокуса коливається вгору та вниз на кілька міліметрів вздовж напрямку товщини сталевого листа, фокусна відстань в адаптивній оптичній системі змінюватиметься разом зі зміщенням положення фокуса. Зміни фокусної відстані вгору та вниз збігаються з відносним рухом лазера та заготовки, що призводить до зміни положення фокуса вгору та вниз вздовж глибини заготовки. Цей процес різання, в якому положення фокуса змінюється залежно від зовнішніх умов, може забезпечити високоякісне різання. Недоліком цього методу є обмежена глибина різання, зазвичай не більше 30 мм.
b. Технологія біфокального різання. Спеціальна лінза використовується для подвійного фокусування променя в різних частинах. Як показано на рисунку 4.58, D – діаметр центральної частини лінзи, а – діаметр крайової частини лінзи. Радіус кривизни в центрі лінзи більший, ніж навколишня площа, утворюючи подвійний фокус. Під час процесу різання верхній фокус розташований на верхній поверхні заготовки, а нижній фокус – поблизу нижньої поверхні заготовки. Ця спеціальна технологія лазерного різання з двома фокусами має багато переваг. Для різання маловуглецевої сталі вона може не тільки підтримувати високоінтенсивний лазерний промінь на верхній поверхні металу для виконання умов, необхідних для займання матеріалу, але й підтримувати високоінтенсивний лазерний промінь поблизу нижньої поверхні металу для виконання вимог до займання. Необхідно створювати чисті розрізи по всьому діапазону товщини матеріалу. Ця технологія розширює діапазон параметрів для отримання високоякісних розрізів. Наприклад, використання CO2-агрегату потужністю 3 кВт. лазер, звичайна товщина різання може досягати лише 15~20 мм, тоді як товщина різання з використанням технології подвійного фокусування може досягати 30~40 мм.
③Форсунка та допоміжний потік повітря
Розумно спроектуйте сопло для покращення характеристик поля повітряного потоку. Діаметр внутрішньої стінки надзвукового сопла спочатку зменшується, а потім розширюється, що може створювати надзвуковий повітряний потік на виході. Тиск подачі повітря може бути дуже високим без виникнення ударних хвиль. При використанні надзвукового сопла для лазерного різання якість різання також ідеальна. Оскільки тиск різання надзвукового сопла на поверхні заготовки є відносно стабільним, воно особливо підходить для лазерного різання товстих сталевих пластин.
Час публікації: 18 липня 2024 р.
