Някои основни познания за лазерно рязане

Още през 70-те години на миналия век за първи път се използват лазери за рязане. В съвременното индустриално производство лазерното рязане намира все по-широко приложение при обработката на ламарина, пластмаса, стъкло, керамика, полупроводници, текстил, дърво и хартия.

Лазерно рязане

Когато фокусираният лазерен лъч свети върху детайла, осветената зона ще се нагрее рязко, за да разтопи или изпари материала. След като лазерният лъч проникне в детайла, процесът на рязане започва: лазерният лъч се движи по контурите, докато разтопява материала. Струйна струя обикновено се използва за издухване на стопилката от среза, оставяйки тясна междина, широка почти колкото фокусирания лазерен лъч между среза и рамката.

Пламъчно рязане

Пламъчното рязане е стандартен процес за рязане на нисковъглеродна стомана, като се използва кислород като режещ газ. Кислородът се повишава до 6 бара и се вдухва в разреза. Там нагретият метал реагира с кислорода: започва да гори и да се окислява. Химическата реакция освобождава голямо количество енергия (до пет пъти енергията на лазера), за да подпомогне лазерния лъч при рязане.

Фюжън рязане

Рязането с топене е друг стандартен процес, използван при рязане на метал. Може да се използва и за рязане на други топими материали, като керамика.

Като газ за рязане се използва газ азот или аргон, а налягането на газа от 2 до 20 бара се продухва през разреза. Аргонът и азотът са инертни газове, което означава, че не реагират с разтопения метал в среза, а просто го издухват към дъното. В същото време инертният газ може да предпази режещия ръб от окисляване на въздуха.

Рязане със сгъстен въздух

Сгъстен въздух може да се използва и за рязане на ламарина. Въздушното налягане от 5 до 6 бара е достатъчно, за да издуха разтопения метал в разреза. Тъй като почти 80% от въздуха е азот, рязането със сгъстен въздух е основно рязане чрез топене.

Рязане с помощта на плазма

Ако параметрите са избрани правилно, плазмените облаци ще се появят в разреза за рязане на топене с помощта на плазма. Плазменият облак се състои от йонизирани метални пари и йонизиран режещ газ. Плазменият облак абсорбира енергията на CO2 лазера и я преобразува в детайла, което позволява повече енергия да бъде свързана към детайла и материалът да се стопи по-бързо, което води до по-бързо рязане. Следователно този процес на рязане се нарича още високоскоростно плазмено рязане.

Плазмените облаци всъщност са прозрачни в сравнение с твърдите лазери, така че плазменото рязане с топене може да се извърши само с CO2 лазери.

Рязане на газификация

Газификационното рязане изпарява материала и минимизира топлинния ефект върху околния материал. Това може да се постигне чрез използване на непрекъснати CO2 лазери за обработка на материали с ниско топлинно изпарение и висока абсорбция, като тънки пластмасови филми и нетопими материали като дърво, хартия и пяна.

Ултракъсите импулсни лазери позволяват техниката да се приложи към други материали. Свободните електрони в метала абсорбират лазера и се нагряват силно. Лазерните импулси не реагират с разтопените частици и плазмата и материалът сублимира директно, като не оставя време за пренос на енергия под формата на топлина към околния материал. Няма очевиден топлинен ефект, когато пикосекундният импулс аблира материала, няма топене и образуване на грапавини.

Параметри: Регулиране на процеса

Много параметри влияят на процеса на лазерно рязане, някои от които зависят от техническите характеристики на лазера и машинния инструмент, докато други са променливи.

Степен на поляризация

Степента на поляризация показва какъв процент от лазерната светлина е преобразувана. Типичната степен на поляризация е около 90%. Това е достатъчно за висококачествено рязане.

Фокален диаметър

Фокусният диаметър влияе на ширината на разреза и може да се променя чрез промяна на фокусното разстояние на фокусиращото огледало. По-малък фокусен диаметър означава по-тесен разрез.

Фокусна позиция

Позицията на фокуса определя диаметъра на лъча и плътността на мощността върху повърхността на детайла, както и формата на разреза.

Мощност на лазера

Мощността на лазера трябва да бъде съобразена с вида на обработката, вида на материала и дебелината. Мощността трябва да бъде достатъчно висока, така че плътността на мощността върху детайла да надвишава прага на обработка.

Режим на работа

Непрекъснатият режим се използва главно за рязане на стандартни профили от обработени материали с размери от милиметър до сантиметър. За разтопяване на перфорацията или получаване на прецизен профил се използва нискочестотен импулсен лазер.

Скорост на рязане

Мощността на лазера и скоростта на рязане трябва да съответстват една на друга. Твърде бързото или твърде бавното рязане ще доведе до повишена грапавост и образуване на грапавини.

Диаметър на дюзата

Диаметърът на дюзата определя дебита и формата на газа, изтичащ от дюзата. Колкото по-дебел е материалът, толкова по-голям е диаметърът на газовата струя и съответно трябва да се увеличи диаметърът на отвора на дюзата.

Чистота и налягане на газа

Кислородът и азотът често се използват като газове за рязане. Чистотата и налягането на газа влияят върху ефекта на рязане.

Когато се използва рязане с кислороден пламък, чистотата на газа трябва да достигне 99,95%. Колкото по-дебела е стоманената плоча, толкова по-ниско е използваното налягане на газа.

Когато се използва рязане с азотна стопилка, чистотата на газа трябва да достигне 99,995% (в идеалния случай 99,999%) и е необходимо по-високо въздушно налягане при топене и рязане на дебели стоманени плочи.

Списък с технически параметри

В ранния етап на лазерното рязане потребителите трябва сами да определят настройката на параметрите на обработка чрез тестови изпълнения. Зрелите параметри на обработка вече се съхраняват в контролния блок на системата за рязане. За всеки вид материал и дебелина има съответните данни. Техническият лист с данни дава възможност за гладка работа с оборудването за лазерно рязане дори за хора, които не са запознати с тази технология.

Фактори за оценка на качеството на лазерното рязане

Има много критерии за определяне на качеството на лазерно изрязаните ръбове. Критерии като форма на бръчки, вдлъбнатина, зърно могат да бъдат оценени с невъоръжено око; Перпендикулярността, грапавостта и ширината на разреза се измерват със специални инструменти. Отлагането на материала, корозията, засегнатите от топлина зони и деформацията също са важни фактори при измерването на качеството на лазерното рязане.

Широка перспектива

Постоянният успех на лазерното рязане е трудно постижим с повечето други методи на обработка. Тази тенденция продължава и днес. В бъдеще перспективата за приложение на лазерното рязане ще бъде все по-широка.