С момента своего первого применения в промышленном производстве в 1970-х годах лазерная резка превратилась в одну из наиболее важных технологий термической резки в современной обработке материалов. Его применение охватывает широкий спектр материалов, в том числетитановые сплавы, пластмассы, стекло, керамика, полупроводники, текстиль, дерево и бумага, и он играет незаменимую роль во многих отраслях промышленности, таких как автомобильная, аэрокосмическая, электронная и легкая промышленность.
I. Основные принципы процесса
Основной процесс лазерной резки заключается в следующем: сфокусированный лазерный луч высокой-мощности-плотности направляется на поверхность заготовки. Материал в облучаемой области быстро поглощает энергию света и преобразует ее в тепловую энергию, вызывая резкое повышение температуры до точки плавления или даже точки кипения, что приводит к локальному плавлению или испарению материала. Как только лазерный луч проникает в заготовку, процесс резки начинается по-настоящему-луч движется по заданному контуру, непрерывно расплавляя материал на пути разделения. В то же время в разрез под определенным давлением вдувается вспомогательный газ (обычно сжатый воздух или специальный технологический газ), чтобы быстро удалить расплавленный материал, образуя узкий зазор между отрезанной деталью и основным материалом, ширина которого примерно равна диаметру сфокусированного лазерного пятна, тем самым достигая точного разделения.
II. Основные категории процессов и технические характеристики
В зависимости от типа вспомогательного газа и механизма удаления материала лазерную резку можно разделить на следующие стандартные технологические режимы. (1) Газовая резка Газовая резка — это стандартный процесс обработки низко-углеродистой стали. В этом процессе в качестве вспомогательного газа используется кислород с давлением до 6 бар. Его основной механизм заключается в следующем: после того, как лазерный луч нагревает металл до точки воспламенения, кислород бурно реагирует с высокотемпературным-металлом путем окисления (т. е. сгорания). Эта реакция высвобождает большое количество химической энергии (до пяти раз превышающей энергию самого лазера), и вместе с лазерным лучом эта энергия способствует как плавлению, так и удалению материала. Этот синергетический эффект «термохимической реакции плюс лазерный нагрев» обеспечивает газовую резку как в эффективности, так и в-экономической эффективности при обработке толстой-листовой низко-углеродистой стали.
(2) Резка плавлением Резка плавлением — это один из наиболее широко используемых процессов резки металла, который также подходит для легкоплавких неметаллических материалов, таких как керамика. В этом процессе в качестве вспомогательного газа используется азот или аргон с диапазоном давления 2–20 бар. И азот, и аргон являются инертными газами; они не вступают в химическую реакцию с расплавленным металлом во время резки, а просто используют физическую силу выдувания, чтобы вытеснить расплавленный материал из разреза. В то же время инертный газ образует защитную атмосферу на режущей кромке, эффективно предотвращая окисление, вызванное контактом между -зоной высокой температуры и воздухом, тем самым создавая чистую поверхность среза-без окалины.
(3) Резка сжатым воздухом При обработке тонких листовых материалов в качестве источника режущего газа можно использовать непосредственно сжатый воздух. Давление газа обычно устанавливается на уровне 5–6 бар, чего достаточно для эффективного выдувания расплавленного материала из разреза. Поскольку примерно 78% воздуха состоит из азота, механизм его резки по существу такой же, как и при резке плавлением; однако кислород, содержащийся в воздухе, при определенных условиях может вызвать небольшое окисление. Поэтому этот процесс в основном используется для тонких-листовых изделий, где требования к окислению не являются строгими, что дает преимущества как в стоимости, так и в удобстве.
(4) Плазменная резка-При правильном подборе параметров процесса в процессе резки с плавлением может образовываться плазменное облако,-состоящее из ионизированных паров металла и режущего газа-. Это плазменное облако эффективно поглощает энергию луча CO₂-лазера и -переизлучает ее на поверхность заготовки, позволяя передать больше энергии внутрь материала и ускоряя процесс плавления, тем самым значительно увеличивая скорость резки. По этой причине этот процесс также известен как высокоскоростная-плазменная резка. Следует отметить, что плазменное облако прозрачно для твердотельных лазеров (таких как волоконные лазеры) и не может усиливать энергетическую связь; поэтому этот процесс применим только к CO₂-лазерам.
(5) Резка испарением. Резка испарением обеспечивает разделение за счет прямой сублимации материала, тем самым сводя к минимуму зону термического-воздействия. Для материалов с низкой теплотой испарения и высокой скоростью поглощения (например, тонких пластиковых пленок, дерева, бумаги, пенопласта и других не-плавких материалов) чистую резку испарением можно выполнить с помощью CO₂-лазера непрерывного-волн. Внедрение лазеров с ультракороткими-импульсами (пикосекундного и фемтосекундного уровней) расширило область испарятельной резки на область металлических материалов. Механизм таков: из-за чрезвычайно малой длительности ультракоротких импульсов свободные электроны в металле быстро поглощают лазерную энергию и резко нагреваются; материал сублимируется непосредственно перед тем, как тепло может быть передано окружающей кристаллической решетке. Этот процесс не предполагает плавления, заусенцев и значительных зон,-подверженных воздействию тепла, что обеспечивает «холодную обработку» в истинном смысле этого слова. Он особенно подходит для микропроизводства прецизионных компонентов и термочувствительных материалов.
IV. Заключение
Разнообразные технологические маршруты технологии лазерной резки обеспечивают точные решения для сценариев обработки, включающих различные материалы, толщину и требования к качеству. От резки пламенем, в которой преобладают термохимические реакции, до резки плавлением под защитой инертного газа и резки испарением, управляемой ультракороткими импульсами, каждый процесс соответствует различным физическим механизмам и границам применения. Глубокое понимание внутренней взаимосвязи между этими классификациями и параметрами является необходимым условием для оптимизации качества резки и повышения эффективности обработки, а также служит основой для продвижения технологии лазерного производства к большей точности и эффективности.
Электронная-почта:garychen3215@hotmail.com
Адрес: № 35, улица Баоти, город Баоцзи, провинция Шэньси, Китай.
Контактное лицо: г-н Гэри Чен
Телефон: +86-917-8883215
Мобильное устройство/WhatsApp: +86 13092900605
