Lasersko rezanjeaplikacija
Brzi aksijalni CO2 laseri se uglavnom koriste za lasersko rezanje metalnih materijala, uglavnom zbog dobre kvalitete snopa. Iako je reflektivnost većine metala na CO2 laserske zrake prilično visoka, reflektivnost metalne površine na sobnoj temperaturi povećava se s porastom temperature i stupnja oksidacije. Nakon što je metalna površina oštećena, reflektivnost metala je blizu 1. Za lasersko rezanje metala potrebna je veća prosječna snaga, a samo CO2 laseri velike snage imaju ovo stanje.
1. Lasersko rezanje čeličnih materijala
1.1 Kontinuirano CO2 lasersko rezanje Glavni parametri procesa kontinuiranog CO2 laserskog rezanja uključuju snagu lasera, vrstu i tlak pomoćnog plina, brzinu rezanja, položaj žarišta, dubinu žarišta i visinu mlaznice.
(1) Snaga lasera Snaga lasera ima veliki utjecaj na debljinu rezanja, brzinu rezanja i širinu reza. Kada su ostali parametri konstantni, brzina rezanja se smanjuje s povećanjem debljine ploče za rezanje, a povećava se s povećanjem snage lasera. Drugim riječima, što je veća snaga lasera, to je deblja ploča koja se može rezati, veća je brzina rezanja i nešto veća je širina reza.
(2) Vrsta i tlak pomoćnog plina Pri rezanju niskougljičnog čelika, CO2 se koristi kao pomoćni plin za iskorištavanje topline reakcije izgaranja željeza i kisika za poticanje procesa rezanja. Brzina rezanja je visoka, a kvaliteta reza dobra, posebno se može postići rez bez ljepljive troske. Pri rezanju nehrđajućeg čelika koristi se CO2. Troska se lako lijepi za donji dio reza. Često se koristi mješavina plina CO2 + N2 ili dvoslojni protok plina. Tlak pomoćnog plina ima značajan utjecaj na učinak rezanja. Odgovarajuće povećanje tlaka plina može povećati brzinu rezanja bez ljepljive troske zbog povećanja momenta protoka plina i poboljšanja kapaciteta uklanjanja troske. Međutim, ako je tlak previsok, površina reza postaje hrapava. Utjecaj tlaka kisika na prosječnu hrapavost površine reza prikazan je na donjoj slici.
Tlak tijela također ovisi o debljini ploče. Prilikom rezanja niskougljičnog čelika CO2 laserom od 1 kW, odnos između tlaka kisika i debljine ploče prikazan je na donjoj slici.
(3) Brzina rezanja Brzina rezanja ima značajan utjecaj na kvalitetu rezanja. Pod određenim uvjetima snage lasera, postoje odgovarajuće gornje i donje kritične vrijednosti za dobru brzinu rezanja pri rezanju niskougljičnog čelika. Ako je brzina rezanja veća ili niža od kritične vrijednosti, doći će do lijepljenja troske. Kada je brzina rezanja mala, vrijeme djelovanja topline oksidacijske reakcije na reznoj oštrici se produžuje, širina rezanja se povećava, a površina rezanja postaje hrapava. Kako se brzina rezanja povećava, rez se postupno sužava sve dok širina gornjeg reza ne bude jednaka promjeru točke. U ovom trenutku, rez je blago klinastog oblika, širok na vrhu i uzak na dnu. Kako se brzina rezanja nastavlja povećavati, širina gornjeg reza se nastavlja smanjivati, ali donji dio reza postaje relativno širi i poprima oblik obrnutog klina.
(5) Dubina fokusa
Dubina oštrine ima određeni utjecaj na kvalitetu površine rezanja i brzinu rezanja. Pri rezanju relativno velikih čeličnih ploča treba koristiti snop s velikom žarišnom dubinom; pri rezanju tankih ploča treba koristiti snop s malom žarišnom dubinom.
(6) Visina mlaznice
Visina mlaznice odnosi se na udaljenost od krajnje površine pomoćne plinske mlaznice do gornje površine obratka. Visina mlaznice je velika, a moment izbačenog pomoćnog protoka zraka lako fluktuira, što utječe na kvalitetu i brzinu rezanja. Stoga se pri laserskom rezanju visina mlaznice općenito minimizira, obično na 0,5~2,0 mm.
① Laserski aspekti
a. Povećanje snage lasera. Razvoj snažnijih lasera izravan je i učinkovit način povećanja debljine rezanja.
b. Pulsna obrada. Pulsni laseri imaju vrlo visoku vršnu snagu i mogu prodrijeti u debele čelične ploče. Primjena visokofrekventne tehnologije laserskog rezanja uske širine impulsa može rezati debele čelične ploče bez povećanja snage lasera, a veličina reza je manja nego kod kontinuiranog laserskog rezanja.
c. Koristite nove lasere
②Optički sustav
a. Adaptivni optički sustav. Razlika u odnosu na tradicionalno lasersko rezanje je u tome što nije potrebno postaviti fokus ispod površine rezanja. Kada položaj fokusa fluktuira gore-dolje nekoliko milimetara duž smjera debljine čelične ploče, žarišna duljina u adaptivnom optičkom sustavu mijenjat će se s pomakom položaja fokusa. Promjene žarišne duljine gore-dolje podudaraju se s relativnim kretanjem između lasera i obratka, uzrokujući promjenu položaja fokusa gore-dolje duž dubine obratka. Ovaj proces rezanja u kojem se položaj fokusa mijenja s vanjskim uvjetima može proizvesti visokokvalitetne rezove. Nedostatak ove metode je što je dubina rezanja ograničena, općenito ne više od 30 mm.
b. Bifokalna tehnologija rezanja. Posebna leća koristi se za dvostruko fokusiranje snopa na različitim dijelovima. Kao što je prikazano na slici 4.58, D je promjer središnjeg dijela leće, a je promjer rubnog dijela leće. Polumjer zakrivljenosti u središtu leće veći je od okolnog područja, tvoreći dvostruki fokus. Tijekom procesa rezanja, gornji fokus nalazi se na gornjoj površini obratka, a donji fokus se nalazi blizu donje površine obratka. Ova posebna tehnologija laserskog rezanja s dvostrukim fokusom ima mnoge prednosti. Za rezanje mekog čelika, ne samo da može održavati lasersku zraku visokog intenziteta na gornjoj površini metala kako bi se zadovoljili uvjeti potrebni za paljenje materijala, već i održavati lasersku zraku visokog intenziteta blizu donje površine metala kako bi se zadovoljili zahtjevi za paljenje. Potreba za stvaranjem čistih rezova u cijelom rasponu debljina materijala. Ova tehnologija proširuje raspon parametara za dobivanje visokokvalitetnih rezova. Na primjer, korištenjem CO2 uređaja od 3 kW. laserom, konvencionalna debljina rezanja može doseći samo 15~20 mm, dok debljina rezanja korištenjem tehnologije rezanja s dvostrukim fokusom može doseći 30~40 mm.
③Mlaznica i pomoćni protok zraka
Razumno dizajnirajte mlaznicu kako biste poboljšali karakteristike polja strujanja zraka. Promjer unutarnje stijenke supersonične mlaznice prvo se smanjuje, a zatim širi, što može generirati supersonični protok zraka na izlazu. Tlak dovoda zraka može biti vrlo visok bez stvaranja udarnih valova. Pri korištenju supersonične mlaznice za lasersko rezanje, kvaliteta rezanja je također idealna. Budući da je tlak rezanja supersonične mlaznice na površini obratka relativno stabilan, posebno je prikladna za lasersko rezanje debelih čeličnih ploča.
Vrijeme objave: 18. srpnja 2024.
