Řezání laseremaplikace
Rychlé axiální CO2 lasery se většinou používají k laserovému řezání kovových materiálů, a to především kvůli dobré kvalitě jejich paprsku. Přestože je odrazivost většiny kovů vůči CO2 laserovým paprskům poměrně vysoká, odrazivost kovového povrchu při pokojové teplotě se zvyšuje se zvyšující se teplotou a stupněm oxidace. Jakmile je kovový povrch poškozen, odrazivost kovu se blíží 1. Pro laserové řezání kovů je nutný vyšší průměrný výkon a tuto podmínku splňují pouze vysoce výkonné CO2 lasery.
1. Řezání ocelových materiálů laserem
1.1 Kontinuální řezání CO2 laserem Mezi hlavní procesní parametry kontinuálního řezání CO2 laserem patří výkon laseru, typ a tlak pomocného plynu, rychlost řezání, poloha ohniska, hloubka ohniska a výška trysky.
(1) Výkon laseru Výkon laseru má velký vliv na tloušťku řezu, rychlost řezu a šířku řezu. Pokud jsou ostatní parametry konstantní, rychlost řezu klesá se zvyšující se tloušťkou řezné desky a zvyšuje se se zvyšujícím se výkonem laseru. Jinými slovy, čím větší je výkon laseru, tím silnější je řezná deska, tím vyšší je rychlost řezu a tím je šířka řezu o něco větší.
(2) Typ a tlak pomocného plynu Při řezání nízkouhlíkové oceli se jako pomocný plyn používá CO2, který využívá teplo spalovací reakce železa a kyslíku k podpoře procesu řezání. Řezná rychlost je vysoká a kvalita řezu dobrá, zejména lze dosáhnout řezu bez lepkavé strusky. Při řezání nerezové oceli se používá CO2. Struska se snadno usazuje na spodní části řezu. Často se používá směs plynů CO2 + N2 nebo dvojitý tok plynu. Tlak pomocného plynu má významný vliv na řezný účinek. Vhodné zvýšení tlaku plynu může zvýšit řeznou rychlost bez lepkavé strusky díky zvýšení hybnosti proudění plynu a zlepšení kapacity odstraňování strusky. Pokud je však tlak příliš vysoký, řezný povrch se zdrsní. Vliv tlaku kyslíku na průměrnou drsnost řezného povrchu je znázorněn na obrázku níže.
Tlak v tělese závisí také na tloušťce plechu. Při řezání nízkouhlíkové oceli 1kW CO2 laserem je vztah mezi tlakem kyslíku a tloušťkou plechu znázorněn na obrázku níže.
(3) Řezná rychlost Řezná rychlost má významný vliv na kvalitu řezu. Za určitých podmínek výkonu laseru existují odpovídající horní a dolní kritické hodnoty pro dobrou řeznou rychlost při řezání nízkouhlíkové oceli. Pokud je řezná rychlost vyšší nebo nižší než kritická hodnota, dochází k přilepení strusky. Při nízké řezné rychlosti se prodlužuje doba působení oxidačního tepla na břit, zvětšuje se šířka řezu a řezný povrch se zdrsňuje. S rostoucí řeznou rychlostí se řez postupně zužuje, dokud šířka horního řezu nedosáhne průměru bodu. V tomto okamžiku má řez mírně klínovitý tvar, široký nahoře a úzký dole. S dalším zvyšováním řezné rychlosti se šířka horního řezu dále zmenšuje, ale spodní část řezu se relativně rozšiřuje a získává tvar obráceného klínu.
(5) Hloubka ostrosti
Hloubka ostrosti má určitý vliv na kvalitu řezné plochy a rychlost řezu. Při řezání relativně velkých ocelových plechů by se měl použít paprsek s velkou ohniskovou hloubkou; při řezání tenkých plechů by se měl použít paprsek s malou ohniskovou hloubkou.
(6) Výška trysky
Výška trysky se vztahuje k vzdálenosti od koncové plochy pomocné plynové trysky k horní ploše obrobku. Výška trysky je velká a hybnost vypouštěného pomocného proudu vzduchu snadno kolísá, což ovlivňuje kvalitu a rychlost řezu. Proto se při řezání laserem výška trysky obvykle minimalizuje, obvykle na 0,5 až 2,0 mm.
① Laserové aspekty
a. Zvýšení výkonu laseru. Vývoj výkonnějších laserů je přímý a efektivní způsob, jak zvýšit tloušťku řezu.
b. Pulzní zpracování. Pulzní lasery mají velmi vysoký špičkový výkon a mohou pronikat tlustými ocelovými plechy. Použití vysokofrekvenční technologie pulzního laserového řezání s úzkou šířkou pulzu umožňuje řezat tlusté ocelové plechy bez zvýšení výkonu laseru a velikost řezu je menší než u kontinuálního laserového řezání.
c. Používejte nové lasery
②Optický systém
a. Adaptivní optický systém. Rozdíl oproti tradičnímu laserovému řezání spočívá v tom, že není nutné umisťovat ohnisko pod řeznou plochu. Když se poloha ohniska pohybuje nahoru a dolů o několik milimetrů podél směru tloušťky ocelového plechu, ohnisková vzdálenost v adaptivním optickém systému se bude měnit s posunem polohy ohniska. Změny ohniskové vzdálenosti nahoru a dolů se shodují s relativním pohybem mezi laserem a obrobkem, což způsobuje změnu polohy ohniska nahoru a dolů podél hloubky obrobku. Tento řezací proces, při kterém se poloha ohniska mění v závislosti na vnějších podmínkách, může vést k vysoce kvalitním řezům. Nevýhodou této metody je omezená hloubka řezu, obvykle ne více než 30 mm.
b. Technologie bifokálního řezání. Speciální čočka se používá k dvojitému zaostření paprsku na různé části. Jak je znázorněno na obrázku 4.58, D je průměr střední části čočky a D je průměr okrajové části čočky. Poloměr zakřivení ve středu čočky je větší než okolní plocha, což vytváří dvojité ohnisko. Během procesu řezání se horní ohnisko nachází na horním povrchu obrobku a spodní ohnisko se nachází v blízkosti spodního povrchu obrobku. Tato speciální technologie laserového řezání s dvojitým ohniskem má mnoho výhod. Pro řezání nízkouhlíkové oceli dokáže nejen udržovat vysoce intenzivní laserový paprsek na horním povrchu kovu, aby splňoval podmínky potřebné pro zapálení materiálu, ale také udržovat vysoce intenzivní laserový paprsek v blízkosti spodního povrchu kovu, aby splňoval požadavky na zapálení. Potřeba vytvářet čisté řezy v celém rozsahu tlouštěk materiálu. Tato technologie rozšiřuje rozsah parametrů pro dosažení vysoce kvalitních řezů. Například použití 3kW CO2. Laserem může konvenční tloušťka řezu dosáhnout pouze 15~20 mm, zatímco tloušťka řezu s využitím technologie dvojitého řezání může dosáhnout 30~40 mm.
③Tryska a pomocný proud vzduchu
Trysku je třeba rozumně navrhnout tak, aby se zlepšily charakteristiky pole proudění vzduchu. Průměr vnitřní stěny nadzvukové trysky se nejprve zmenší a poté roztáhne, což může na výstupu generovat nadzvukový proud vzduchu. Tlak přiváděného vzduchu může být velmi vysoký, aniž by docházelo k vytváření rázových vln. Při použití nadzvukové trysky pro laserové řezání je kvalita řezu také ideální. Vzhledem k relativně stabilnímu řeznému tlaku nadzvukové trysky na povrchu obrobku je tryska obzvláště vhodná pro laserové řezání silných ocelových plechů.
Čas zveřejnění: 18. července 2024
