Cięcie laseroweaplikacja
Szybkie lasery CO2 z przepływem osiowym są najczęściej wykorzystywane do laserowego cięcia metali, głównie ze względu na dobrą jakość wiązki. Chociaż współczynnik odbicia większości metali w stosunku do wiązek lasera CO2 jest dość wysoki, współczynnik odbicia powierzchni metalu w temperaturze pokojowej wzrasta wraz ze wzrostem temperatury i stopnia utlenienia. Po uszkodzeniu powierzchni metalu współczynnik odbicia metalu zbliża się do 1. Do laserowego cięcia metali wymagana jest wyższa moc średnia, a takie warunki spełniają jedynie lasery CO2 o dużej mocy.
1. Cięcie laserowe materiałów stalowych
1.1 Ciągłe cięcie laserowe CO2 Główne parametry procesu ciągłego cięcia laserowego CO2 obejmują moc lasera, rodzaj i ciśnienie gazu pomocniczego, prędkość cięcia, położenie ogniska, głębokość ogniska i wysokość dyszy.
(1) Moc lasera Moc lasera ma duży wpływ na grubość cięcia, prędkość cięcia i szerokość nacięcia. Przy stałych innych parametrach prędkość cięcia maleje wraz ze wzrostem grubości blachy tnącej i rośnie wraz ze wzrostem mocy lasera. Innymi słowy, im większa moc lasera, tym grubsza blacha, którą można przeciąć, tym większa prędkość cięcia i tym nieco większa szerokość nacięcia.
(2) Rodzaj i ciśnienie gazu pomocniczego Podczas cięcia stali niskowęglowej, CO2 jest używany jako gaz pomocniczy w celu wykorzystania ciepła reakcji spalania żelaza z tlenem w celu przyspieszenia procesu cięcia. Prędkość cięcia jest wysoka, a jakość cięcia dobra, zwłaszcza można uzyskać cięcie bez lepkiego żużla. Podczas cięcia stali nierdzewnej, używany jest CO2. Żużel łatwo przykleja się do dolnej części nacięcia. Często stosuje się mieszankę gazową CO2 + N2 lub dwuwarstwowy przepływ gazu. Ciśnienie gazu pomocniczego ma znaczący wpływ na efekt cięcia. Odpowiednie zwiększenie ciśnienia gazu może zwiększyć prędkość cięcia bez lepkiego żużla ze względu na wzrost pędu przepływu gazu i poprawę wydajności usuwania żużla. Jednakże, jeśli ciśnienie jest zbyt wysokie, powierzchnia cięcia staje się szorstka. Wpływ ciśnienia tlenu na średnią chropowatość powierzchni nacięcia pokazano na poniższym rysunku.
Nacisk ciała zależy również od grubości blachy. Podczas cięcia stali niskowęglowej laserem CO2 o mocy 1 kW, zależność między ciśnieniem tlenu a grubością blachy przedstawiono na poniższym rysunku.
(3) Prędkość cięcia Prędkość cięcia ma istotny wpływ na jakość cięcia. W pewnych warunkach mocy lasera istnieją odpowiednie górne i dolne wartości krytyczne dla dobrej prędkości cięcia podczas cięcia stali niskowęglowej. Jeśli prędkość cięcia jest wyższa lub niższa od wartości krytycznej, wystąpi przywieranie żużla. Gdy prędkość cięcia jest niska, czas działania ciepła reakcji utleniania na krawędź skrawającą ulega wydłużeniu, szerokość cięcia wzrasta, a powierzchnia cięcia staje się szorstka. Wraz ze wzrostem prędkości cięcia nacięcie stopniowo staje się węższe, aż szerokość górnego nacięcia będzie równa średnicy plamki. W tym momencie nacięcie ma lekko klinowaty kształt, szeroki u góry i wąski u dołu. Wraz ze wzrostem prędkości cięcia szerokość górnego nacięcia staje się coraz mniejsza, ale dolna część nacięcia staje się stosunkowo szersza i przyjmuje kształt odwróconego klina.
(5) Głębokość ostrości
Głębia ostrości ma pewien wpływ na jakość powierzchni cięcia i prędkość cięcia. Przy cięciu stosunkowo dużych blach stalowych należy stosować belkę o dużej głębokości ogniskowej; przy cięciu cienkich blach – belkę o małej głębokości ogniskowej.
(6)Wysokość dyszy
Wysokość dyszy odnosi się do odległości od powierzchni końcowej dyszy gazu pomocniczego do górnej powierzchni przedmiotu obrabianego. Wysokość dyszy jest duża, a pęd wyrzucanego strumienia powietrza pomocniczego łatwo ulega wahaniom, co wpływa na jakość i prędkość cięcia. Dlatego podczas cięcia laserowego wysokość dyszy jest zazwyczaj minimalizowana i wynosi zazwyczaj 0,5–2,0 mm.
① Aspekty laserowe
a. Zwiększenie mocy lasera. Opracowanie mocniejszych laserów to bezpośredni i skuteczny sposób na zwiększenie grubości cięcia.
b. Obróbka impulsowa. Lasery impulsowe charakteryzują się bardzo wysoką mocą szczytową i mogą penetrować grube blachy stalowe. Zastosowanie technologii cięcia laserowego o wysokiej częstotliwości i wąskiej szerokości impulsu pozwala na cięcie grubych blach stalowych bez zwiększania mocy lasera, a średnica nacięcia jest mniejsza niż w przypadku cięcia laserowego ciągłego.
c. Użyj nowych laserów
②Układ optyczny
a. Adaptacyjny układ optyczny. Różnica w stosunku do tradycyjnego cięcia laserowego polega na tym, że nie wymaga ono umieszczania ogniska poniżej powierzchni cięcia. Gdy położenie ogniska zmienia się w górę i w dół o kilka milimetrów wzdłuż grubości blachy stalowej, ogniskowa w adaptacyjnym układzie optycznym zmienia się wraz ze zmianą położenia ogniska. Zmiany ogniska w górę i w dół pokrywają się ze względnym ruchem lasera względem przedmiotu obrabianego, powodując zmiany położenia ogniska w górę i w dół wzdłuż głębokości przedmiotu obrabianego. Ten proces cięcia, w którym położenie ogniska zmienia się w zależności od warunków zewnętrznych, może zapewnić wysoką jakość cięć. Wadą tej metody jest ograniczona głębokość cięcia, zazwyczaj nie większa niż 30 mm.
b. Technologia cięcia dwuogniskowego. Specjalna soczewka służy do dwukrotnego ogniskowania wiązki na różnych częściach. Jak pokazano na rysunku 4.58, D to średnica środkowej części soczewki, a średnica krawędzi soczewki. Promień krzywizny w środku soczewki jest większy niż otaczający obszar, tworząc podwójne ognisko. Podczas procesu cięcia górne ognisko znajduje się na górnej powierzchni przedmiotu obrabianego, a dolne ognisko znajduje się w pobliżu dolnej powierzchni przedmiotu obrabianego. Ta specjalna technologia cięcia laserowego z podwójnym ogniskiem ma wiele zalet. W przypadku cięcia stali miękkiej, może ona nie tylko utrzymywać wiązkę laserową o wysokiej intensywności na górnej powierzchni metalu, aby spełnić warunki wymagane do zapłonu materiału, ale także utrzymywać wiązkę laserową o wysokiej intensywności w pobliżu dolnej powierzchni metalu, aby spełnić wymagania dotyczące zapłonu. Potrzeba wykonywania czystych cięć w całym zakresie grubości materiału. Technologia ta rozszerza zakres parametrów umożliwiających uzyskanie wysokiej jakości cięć. Na przykład, przy użyciu 3 kW CO2. Przy użyciu lasera standardowa grubość cięcia może osiągnąć jedynie 15~20 mm, natomiast grubość cięcia przy użyciu technologii cięcia z podwójnym ogniskowaniem może osiągnąć 30~40 mm.
③Dysza i przepływ powietrza pomocniczego
Należy rozsądnie zaprojektować dyszę, aby poprawić charakterystykę pola przepływu powietrza. Średnica wewnętrznej ścianki dyszy naddźwiękowej najpierw kurczy się, a następnie rozszerza, co może generować naddźwiękowy przepływ powietrza na wylocie. Ciśnienie powietrza zasilającego może być bardzo wysokie, bez generowania fal uderzeniowych. Zastosowanie dyszy naddźwiękowej do cięcia laserowego zapewnia również idealną jakość cięcia. Ponieważ ciśnienie cięcia dyszy naddźwiękowej na powierzchni przedmiotu obrabianego jest stosunkowo stabilne, dysza ta jest szczególnie odpowiednia do laserowego cięcia grubych blach stalowych.
Czas publikacji: 18 lipca 2024 r.
