Лазерная резкаприложение
CO2-лазеры с быстрым осевым потоком в основном используются для лазерной резки металлических материалов, главным образом из-за их хорошего качества луча. Хотя отражательная способность большинства металлов для лучей СО2-лазера достаточно высока, отражательная способность поверхности металла при комнатной температуре увеличивается с увеличением температуры и степени окисления. После повреждения поверхности металла отражательная способность металла близка к 1. Для лазерной резки металла необходима более высокая средняя мощность, и только мощные CO2-лазеры имеют это условие.
1. Лазерная резка стальных материалов.
1.1 Непрерывная лазерная резка CO2 Основные параметры процесса непрерывной лазерной резки CO2 включают мощность лазера, тип и давление вспомогательного газа, скорость резки, положение фокуса, глубину фокуса и высоту сопла.
(1) Мощность лазера Мощность лазера оказывает большое влияние на толщину резки, скорость резки и ширину разреза. Когда другие параметры постоянны, скорость резки уменьшается с увеличением толщины режущей пластины и увеличивается с увеличением мощности лазера. Другими словами, чем больше мощность лазера, тем толще пластина, которую можно разрезать, тем выше скорость резки и тем немного больше ширина разреза.
(2) Тип и давление вспомогательного газа При резке низкоуглеродистой стали CO2 используется в качестве вспомогательного газа для использования тепла реакции сгорания железа с кислородом для ускорения процесса резки. Скорость резки высокая, качество разреза хорошее, особенно можно получить разрез без липкого шлака. При резке нержавеющей стали используется CO2. Шлак легко прилипает к нижней части разреза. Часто используется смешанный газ CO2 + N2 или двухслойный газовый поток. Давление вспомогательного газа оказывает существенное влияние на эффект резки. Соответствующее увеличение давления газа может увеличить скорость резки без прилипания шлака за счет увеличения импульса газового потока и улучшения способности удаления шлака. Однако если давление слишком велико, поверхность среза становится шероховатой. Влияние давления кислорода на среднюю шероховатость поверхности разреза показано на рисунке ниже.
Давление тела также зависит от толщины пластины. При резке низкоуглеродистой стали CO2-лазером мощностью 1 кВт взаимосвязь между давлением кислорода и толщиной пластины показана на рисунке ниже.
(3) Скорость резки Скорость резки оказывает существенное влияние на качество резки. При определенных условиях мощности лазера существуют соответствующие верхние и нижние критические значения для хорошей скорости резания при резке низкоуглеродистой стали. Если скорость резания выше или ниже критического значения, произойдет прилипание шлака. Когда скорость резания низкая, время воздействия тепла реакции окисления на режущую кромку увеличивается, ширина резания увеличивается, и режущая поверхность становится шероховатой. По мере увеличения скорости резания разрез постепенно сужается до тех пор, пока ширина верхнего разреза не станет эквивалентной диаметру пятна. В это время разрез имеет слегка клиновидную форму, широкий вверху и узкий внизу. Поскольку скорость резания продолжает увеличиваться, ширина верхнего разреза продолжает уменьшаться, но нижняя часть разреза становится относительно шире и приобретает форму перевернутого клина.
(5) Глубина фокусировки
Глубина фокуса оказывает определенное влияние на качество режущей поверхности и скорость резания. При резке относительно крупных стальных листов следует использовать балку с большой глубиной фокуса; при резке тонких пластин следует использовать луч с небольшой фокусной глубиной.
(6)Высота сопла
Под высотой сопла понимается расстояние от торцевой поверхности сопла вспомогательного газа до верхней поверхности заготовки. Высота сопла большая, а импульс выбрасываемого вспомогательного воздушного потока легко колеблется, что влияет на качество и скорость резки. Поэтому при лазерной резке высота сопла обычно минимизируется и обычно составляет 0,5–2,0 мм.
① Лазерные аспекты
а. Увеличьте мощность лазера. Разработка более мощных лазеров — это прямой и эффективный способ увеличить толщину резки.
б. Импульсная обработка. Импульсные лазеры имеют очень высокую пиковую мощность и могут проникать через толстые стальные пластины. Применение высокочастотной технологии лазерной резки с узкой шириной импульса позволяет разрезать толстые стальные пластины без увеличения мощности лазера, а размер разреза меньше, чем при непрерывной лазерной резке.
в. Используйте новые лазеры
②Оптическая система
а. Адаптивная оптическая система. Отличие от традиционной лазерной резки заключается в том, что при этом нет необходимости размещать фокус ниже поверхности резки. Когда положение фокуса колеблется вверх и вниз на несколько миллиметров вдоль направления толщины стальной пластины, фокусное расстояние в адаптивной оптической системе будет меняться со сдвигом положения фокуса. Изменения фокусного расстояния вверх и вниз совпадают с относительным движением между лазером и заготовкой, в результате чего положение фокуса меняется вверх и вниз по глубине заготовки. Этот процесс резки, при котором положение фокуса меняется в зависимости от внешних условий, позволяет производить высококачественную резку. Недостаток этого метода в том, что глубина реза ограничена, обычно не более 30 мм.
б. Технология бифокальной резки. Специальная линза используется для двойной фокусировки луча в разных частях. Как показано на рисунке 4.58, D — это диаметр центральной части линзы, а — диаметр краевой части линзы. Радиус кривизны в центре линзы больше, чем окружающая область, образуя двойной фокус. В процессе резания верхний фокус располагается на верхней поверхности заготовки, а нижний – вблизи нижней поверхности заготовки. Эта специальная технология двухфокусной лазерной резки имеет множество преимуществ. При резке мягкой стали он может не только поддерживать лазерный луч высокой интенсивности на верхней поверхности металла, чтобы обеспечить условия, необходимые для воспламенения материала, но также поддерживать лазерный луч высокой интенсивности вблизи нижней поверхности металла. соответствовать требованиям по воспламенению. Необходимость производить чистый рез во всем диапазоне толщин материала. Данная технология расширяет диапазон параметров для получения качественного реза. Например, используя CO2 мощностью 3 кВт. При использовании лазера толщина обычной резки может достигать только 15–20 мм, тогда как толщина резки с использованием технологии резки с двойным фокусом может достигать 30–40 мм.
③Сопло и вспомогательный поток воздуха
Разумно спроектируйте сопло для улучшения характеристик поля воздушного потока. Диаметр внутренней стенки сверхзвукового сопла сначала сжимается, а затем расширяется, что может генерировать сверхзвуковой поток воздуха на выходе. Давление подачи воздуха может быть очень высоким, не создавая ударных волн. При использовании сверхзвукового сопла для лазерной резки качество резки также идеальное. Поскольку режущее давление сверхзвукового сопла на поверхность заготовки относительно стабильно, оно особенно подходит для лазерной резки толстых стальных листов.
Время публикации: 18 июля 2024 г.
