Что такое лазерная резка?

Лазерная резка — это метод термической резки, при котором сфокусированный лазерный луч высокой мощности облучает заготовку. Это приводит к быстрому плавлению, испарению, абляции или достижению точки воспламенения облучаемого материала. Одновременно высокоскоростной поток воздуха, соосный с лазерным лучом, сдувает расплавленный материал, тем самым разрезая заготовку.

Классификация и характеристики лазерной резки

Лазерная резка может быть разделена на четыре типа: лазерная резка с испарением, лазерная резка методом плавления, лазерная кислородная резка и лазерная разметка и контролируемое разрушение.

Лазерная резка методом испарения

В этом методе используется лазерный луч высокой плотности энергии для нагрева заготовки, быстро повышая ее температуру до точки кипения материала за чрезвычайно короткое время, что приводит к испарению материала и образованию пара. Пар выбрасывается с высокой скоростью, создавая разрез в материале по мере выхода. Поскольку большинство материалов обладают высокой теплотой испарения, лазерная резка с испарением требует значительной мощности и плотности мощности.

Лазерная резка методом термоядерного синтеза

При лазерной резке методом плавления лазер нагревает и расплавляет металлический материал. Затем через сопло, соосное с лазерным лучом, подается неокисляющийся газ (например, Ar, He, N и т. д.). Высокое давление газа выталкивает расплавленный металл, образуя разрез. В отличие от резки методом испарения, этот метод не требует полного испарения материала и потребляет лишь 1/10 энергии, необходимой для резки методом испарения. Он в основном используется для резки неокисляемых или реакционноспособных металлов, включая нержавеющую сталь, титан, алюминий и их сплавы.

Лазерная кислородная резка

Принцип работы кислородно-лазерной резки аналогичен кислородно-ацетиленовой резке. Лазер выступает в качестве источника предварительного нагрева, а активные газы (такие как кислород) служат в качестве режущего газа. С одной стороны, подаваемый газ реагирует с разрезаемым металлом, вызывая реакцию окисления, которая выделяет большое количество тепла. С другой стороны, он удаляет расплавленные оксиды и расплав из зоны реакции, образуя разрез в металле. Реакция окисления во время резки генерирует значительное количество тепла, поэтому кислородно-лазерная резка требует лишь половины энергии по сравнению с резкой плавлением, при этом скорость резки значительно выше, чем при резке испарением и плавлением. Она в основном применяется для окисляемых металлических материалов, таких как углеродистая сталь, титановая сталь и термообработанная сталь.

Лазерная разметка и контролируемое разрушение

Лазерная гравировка использует лазер высокой плотности энергии для сканирования поверхности хрупких материалов, создавая небольшую канавку. Затем приложение определенного давления вызывает разрушение хрупкого материала вдоль этой канавки. Для лазерной гравировки обычно используются Q-импульсные лазеры и CO₂-лазеры. Контролируемое разрушение использует резкое распределение температуры, создаваемое во время лазерной гравировки, для создания локальных термических напряжений в хрупких материалах, вызывая их разрушение вдоль прочерченной канавки.

Применение лазерной резки

Большинство станков для лазерной резки управляются программами числового программного управления (ЧПУ) или сконфигурированы как роботы-резаки. Как метод высокоточной обработки, лазерная резка позволяет резать практически все материалы, включая 2D или 3D резку тонких металлических листов. В аэрокосмической отрасли технология лазерной резки в основном используется для резки специальных аэрокосмических материалов, таких как титановые сплавы, алюминиевые сплавы, никелевые сплавы, хромовые сплавы, нержавеющая сталь, оксид бериллия, композитные материалы, пластмассы, керамика и кварц. К аэрокосмическим компонентам, обрабатываемым лазерной резкой, относятся горелки двигателей, тонкостенные корпуса из титановых сплавов, авиационные рамы, обшивка из титановых сплавов, стрингеры крыла, хвостовые панели крыла, основные несущие винты вертолетов и керамические теплоизоляционные плитки космических челноков.