Как лазер режет металл

Обновлено: 30.06.2024

Лазер может резать материалы разными способами. В зависимости от используемой мощности, дополнительных средств и программы резки материал будет вести себя по‑разному. Давайте разберемся в этом — тема, во‑первых, интересная, а во‑вторых, полезная для производственников. Чем полезная? А очень просто: когда вы понимаете возможности, которыми можете воспользоваться — вы всегда можете выбрать именно ту, которая даст максимальную выгоду. Максимальная выгода в любых обстоятельствах — это неслабая польза.

Способов, которыми лазер может раскроить материал — навскидку 4:

плавление,
испарение,
сгорание,
раскалывание.

Почему мы почти не будем говорить про раскалывание лазером?

Но про один из них мы сегодня говорить почти не будем. Да‑да, это раскалывание. Казалось бы — как лазер, то есть луч света, может расколоть твердое тело? Раскалывают ведь обычно дрова топором — бьют с силой и материал разделяется?

Но лазер может. Это эффект термораскалывания, его используют для хрупких материалов вроде стекла. Естественно, лазером не бьют по предмету — это невозможно. Фишка здесь в том, чтобы резко разогреть лучом небольшой участок, пока струя сжатого воздуха из сопла привычно охлаждает окружающую поверхность. От такого обращения и резкого перепада температуры стекло обиженно трескается — и, что самое главное, трещина увеличивается управляемо, следуя за лучом. Допустим, классическая резка позволяет получать более точные очертания, но термораскалывание в этом плане тоже не промах.

Почему тогда мы не будем подробно на нем останавливаться? А всё просто — как уже было сказано, это технология для работы со стеклом и подобными материалами. Мы специализируемся на металле — и предпочитаем говорить о том, что знаем и любим. И о том, с чем можем помочь сами, если у вас возникнет такая потребность. Итак — три режима лазерной резки металла.

Лазерная резка в режиме плавления

Как это происходит?

Основной режим лазерной резки. Идеальный для большинства задач при лазерной резке металла. В основном, когда говорят о лазерной резке — подразумевают именно лазерную резку в режиме плавления. Суть режима, если объяснять «на пальцах», такова:

Лазерный луч раскаляет поверхность участка металла до температуры плавления. Эта температура для разных металлов и сплавов — естественно, разная. Но программа резки всегда составляется с учетом этого — мощность луча и скорость движения именно таковы, чтобы расплавить металл в зоне резки на всю глубину и в то же время не пережечь кромки.
Струя сжатого газа из сопла бьет в поверхность металла параллельно лучу. Расплавленный металл из зоны нагрева выдувается вниз, а незатронутый лучом металл кромок остается на месте, как ни в чем не бывало. При этом струя газа дает процессу и дополнительную пользу:
1. Движение газа охлаждает металл кромок — это важно, чтобы не находящийся в зоне реза металл не перегревался и не получал тепловых деформаций. А отсутствие деформаций — это одно из основных преимуществ лазерной резки в принципе.
2. Газовая струя защищает от расплава сам лазер — линзы оптической системы при использовании газовых и кристальных лазеров или выход волокна при использовании волоконных. Согласитесь, было бы совсем не комильфо, если бы дорогостоящая оптика выходила из строя из‑за случайного попадания первых же брызг расплавленного металла. А так мы точно знаем, что брызги если и полетят — то полетят вниз, где ничего ценного и так нет.
3. Если в качестве газа используется не атмосферный воздух, а чистый азот или аргон, то его струя защищает раскаленные кромки реза от ненужных химических реакций. Сжатый газ закономерно вытесняет из зоны реза атмосферный воздух вместе со всем, что в нем намешано. При резке нержавейки и алюминия важно избавиться от присутствия кислорода — иначе на кромках образуются никуда не годные оксиды. Для этого используется азот. А при резке титана нужно избавиться и от кислорода, и от азота — потому что титан образует еще и нитриды, такие же негодные. Для этого используется аргон.
Почему это эталон?

Режиме плавления — эталонный режим лазерной резки металла. Достаточно быстрый, достаточно точный, достаточно аккуратный и достаточно экономичный, чтобы стать одной из доминирующих технологий в металлообработке. Собственно говоря, он уже стал.

Особенности двух других режимов, их сильные и слабые стороны — оцениваются от этой отправной точки.

А вот пример корпуса производства «Металл‑Кейс»:

Лазерная резка в режиме испарения

Освежаем в памяти школьный курс физики, смотрим с проницательным прищуром на предыдущую технологию и думаем: «а что будет, если теперь вкачать в этот процесс еще больше энергии?». Именно — металл не просто расплавится, а испарится.

Это возможно. Эта технология реально используется. Лазерный луч в этом режиме работает не непрерывным потоком, а отдельными импульсами — их длина рассчитана так, чтобы испарить четко заданный участок металла и не задеть ничего кроме, не достать до материала подложки. А струя воздуха привычно удаляет испаренный металл из зоны реза.

Зачем это нужно?

Режим испарения материала под воздействием лазера нужен редко. В основном он используется для тонких задач в электронике. Или для задач, когда требуется сохранить неповрежденным материал подложки. Обычно в металлообработке, как вы понимаете, в этом просто нет смысла — нет материала подложки, под листом металла технологические окна станины и пол цеха. Не произойдет ничего страшного, если туда будет капать расплавленный металл.

Но в тонкой электронике это может быть критично — и в таком случае принципиально использование именно режима испарения.

Вот что мы предлагаем:

Почему это можно использовать не везде?

Страдает коэффициент полезного действия. Для испарительной резки металл нужно нагревать намного сильнее. Например, температура плавления чистого алюминия — 660 градусов Цельсия. А вот температура его кипения — уже 2 519 градусов.

То есть чтобы испарить его, нужно единомоментно вложить в металл энергию в 3,8 раза больше. То есть, даже если рассчитывать по такой простой и грубой формуле, то получится, что 1 метр реза испарением будет стоить столько же, сколько почти 4 метра плавлением.

Формула эта — очень простая и грубая, здесь не учтено распределение тепла, потери энергии, усиленная амортизация расходных материалов оборудования. Кроме того, у разных металлов — разный разброс температур плавления и кипения. Но принцип вы поняли — лазерная резка в режиме испарения возможна, но не стоит применять ее в случаях, когда ее можно не применять. Потому что получается дорого.

Лазерная резка в режиме горения

Горение — быстрый окислительный процесс с участием высоких температур и кислорода. Мы привыкли, что горит органика — бумага, дрова — и нам странно думать о том, что металл тоже может гореть. Но он может. Просто для этого нужно, во‑первых, дать ему достаточно кислорода, а во‑вторых, разогреть его до достаточной температуры, чтобы реакция началась.

А дальше происходит удивительное — при лазерной резке с использованием кислорода большую часть тепловой энергии, режущей металл, поставляет не лазерный луч, а окислительная реакция металла, идущая в нем. Горение дает в 3–5 раз больше тепловой энергии, чем непосредственно лазерный луч. Естественно, это позволяет работать быстрее и экономичнее.

Что это дает?

Есть две технологии лазерной резки, использующие режим горения:
- Лазерная резка в кислороде — лазерный луч, как обычно, плавит металл. Но вместо атмосферного воздуха или нейтральных газов а зону реза подается чистый кислород. С его участием расплав начинает гореть, окисляться, выдавая еще больше тепла. Чем больше тепла он выдает — тем легче и экономичнее идет плавление соседних участков металла.
- Кислородная резка с лазерной поддержкой (LASOX) — здесь по‑другому смещен «баланс участия» между кислородом и лазером. Лазер вообще не плавит металл сам по себе — он просто нагревает металл достаточно, чтобы горение началось. Кислорода требуется больше, он должен подаваться с большей силой. Рез не будет таким точным, как при использовании чисто лазерной резки — однако так можно прорезать более толстый металл для использования, например, в кораблестроении.
А ведь это отлично, правда? Но и режим горения тоже не стал новым эталоном — он вспомогательный, используется для некоторых задач и не используется для остальных. Почему?

При горении кромки металла обгорают. Чтобы они приобрели нормальный вид и рабочие качества, их придется дополнительно обрабатывать после. Затраты на дополнительную обработку могут перекрыть выгоду, полученную от удешевления самой резки — и в результате резка в режиме горения создаст проблем больше, чем даст выгод. По факту, использование резки с участием кислорода зависит от материала.

Черная сталь отлично режется в кислороде — нагар либо не образуется, то есть по факту удаляется самим лучом, либо легко снимается. А вот нержавейка и сплавы алюминия такого обращения не прощают. Для качественной резки этих металлов лучше не просто не подавать кислород, а вообще отсечь его доступ в зону резки — например, использовав в качестве рабочего газа азот.

Посмотрите видео из нашего цеха:

Резюме

Итак, есть 4 основных режима лазерной резки:
- Плавление — основной режим, который решает большую часть задач по резке.
- Горение — режим, который быстрее и дешевле режет черный металл, но не используется для высоколегированных сталей и цветных металлов.
- Испарение — специальный режим, который позволяет резать без воздействия на материал подложки, но имеет низкий КПД.
- Термораскалывание — специальный режим, который используют для стекла.
Есть задача по лазерной резке? Давайте обсудим ее предметно.

Лазерная резка нержавеющей стали — возможности и преимущества Лазерная резка нержавеющей стали — один из самых прогрессивных методов обработки этого металла. У лазерной резки есть свои неоспоримые преимущества, за которые многие производственники.

Шелкография на металле в СПб — что можно нанести на металлические детали? Метод шелкографии на металле позволяет получать надписи и изображения на металлических корпусах и деталях. Элементы получаются стойкими и красивыми — не приходится.

Лазерная резка алюминия — как это делается? Любой листовой металл можно нарезать для дальнейшей работы разными способами. Нельзя сказать, что какой‑то из них «всегда лучший» или «всегда худший». У них.

Сварка оцинковки в СПб — как делается и где заказать? В «Металл‑Кейс» мы производим на заказ детали и корпуса из различных видов листового металла — от обычной черной стали до.

Компания

Услуги

Продукция

Срок действия коммерческих предложений, представляющихся по расчётам на основе ТЗ заказчиков — 3 дня с момента выставления (отправки на электронную почту заказчика), если в КП не указано иное. Срок действия счета, выставленного заказчику — 3 дня с момента выставления (отправки скана на электронную почту заказчика), если в счёте не указано иное.

3 вида режущих лазеров — газовые, кристальные, волоконные. В чем разница?

Мощный луч света, который разрезает любые материалы от картона до металла, можно создавать по‑разному. В любом случае в этом процессе участвует электричество и активная среда, которая генерирует свет под воздействием этого электричества. Но вот эта активная среда может быть разной. Соответственно будут отличаться и физические свойства образовавшегося луча, и, соответственно, его рабочие качества.

В этой статье мы не будем вдаваться в дебри высокой физики. Во‑первых, мы сами не физики, а практики. И про теорию вам куда лучше расскажут специализированные научно‑популярные издания. А во‑вторых, мы и пишем не для студентов‑физиков, а для практиков — производственников и предпринимателей, которые заказывают для своих задач лазерную резку. Мы понимаем вас — и поэтому расскажем то, что нужно вам в первую очередь: практические различия между разными видами лазерной резки.

3 вида лазерной резки, которые активно используются в промышленности

Для резки и гравировки твердых материалов в промышленности используются 3 основных вида лазерных излучателей:
- газовые — они же CO₂-лазеры;
- твердотельные кристальные — они же лазеры на ванадатах, Nd:YAG- и Nd:YVO-лазеры;
- твердотельные волоконные — их же иногда называют оптоволоконными, но каноничнее всё же называть просто волоконными.
Газовые лазеры для резки твердых материалов

Как понятно из названия, активной средой этих лазеров является газ. Углекислый газ, CO₂. Под действием мощного тока этот газ переходит в возбужденное состояние и начинает излучать свет.

Однако хаотичный газ, конечно, излучает его как попало, во все стороны — и для работы его еще потребуется собрать в луч. За это отвечает сложная система зеркал и линз. Она концентрирует луч и направляет его в нужную точку. В этом и заключается одна из проблем газовых лазеров — для работы нужно, чтобы все эти зеркала были целы, их было достаточно, и вся эта система была точно настроена. Настройщик оптических систем — дорогостоящий специалист, регулярная работа которого, естественно, закладывается в стоимость резки газовым лазером, которую оплачивает заказчик.

Впрочем, газовые лазеры всё равно пока остаются чрезвычайно распространенными — они этого достойны, за долгие годы их существования они подтвердили, что выдают качественный луч и достаточно мощны.

По мощности, правда, есть нюанс. Мощности распространенных газовых лазеров вполне достаточно для того, чтобы разрезать дерево, различные пластики, стекло, даже камень — но вот металл дается им туго. Здесь вопрос в их КПД. Даже сконцентрированный луч CO₂-лазера оказывается значительно больше в диаметре, чем луч, например, волоконного лазера. Значит, та же самая энергия распределяется по большой поверхности — и, скорее всего, ее окажется недостаточно, чтобы эффективно нагревать металл до точки плавления.

Так что в металлообработке газовые лазеры использовать невыгодно.

Кристальные лазеры для резки металла

Активной средой таких лазеров является кристалл. Чаще всего используются кристаллы:
- Nd:YAG (алюмо‑иттриевый гранат, легированный ионами неодима),
- Nd:YVO (иттриевый ваданат, легированный ионами ниодима).
Кристалл не светится сам по себе, он только «разгоняет» направленный в него свет из системы накачки. Система накачки — это:
- импульсные лампы — устаревший вариант, который в основном уступил место новому технологическому уровню, но кое‑где еще может использоваться,
- диоды — современный вариант, на котором работает большинство выпускаемых сейчас лазеров на кристаллах.
Такой лазер уже вполне способен эффективно справляться с металлами.

Однако без нюансов не обошлось и здесь. Даже современные диоды накачки создают сложности экономического характера. Они, с одной стороны, сравнительно быстро приходят в негодность и их нужно заменять. Уместный срок службы диодов накачки — от 8 до 15 тысяч часов работы. С другой стороны, эти диоды — вещь дорогая. И, естественно, стоимость их износа закономерно ложится, опять же, на плечи заказчика лазерной резки — производственникам приходится включать расходы на будущую покупку новых диодов в стоимость выполняемых сейчас заказов.

Волоконные лазеры для резки металла

Самая современная на данный момент технология генерации лазера среди широко используемых в промышленности. Они так же, как и кристальные, относятся к группе твердотельных. Активной средой таких лазеров является специальное стекловолокно. Оно, опять же, не светится само по себе, первоначальный луч в него посылает сравнительно слабый «затравочный» лазер. Но уже в волокне, в которое поступает электроэнергия, этот луч «разгоняется» до огромной мощности — и вырывается наружу тонким пучком.
- Разница по интенсивности излучения с газовыми лазерами может достигать 100 раз — при той же самой мощности излучения. Благодаря этому можно делать более точные, ювелирные разрезы — и благодаря этому же можно резать такие стойкие материалы, как металл.
- В отличие от газовых и кристальных лазеров, волоконные практически не требуют специального обслуживания. Никаких особенных настроек. Просто режь — и всё. Естественно, это сказывается на расходах, освобождая заказчика резки от дополнительных наценок внутри стоимости лазерной резки.
- В отличие от кристальных лазеров, волоконный спокойно служит не 8 и не 15 тысяч часов, а все 25. И это также сказывается на структуре стоимости резки и издержках заказчика.
Какие лазеры использует для резки металла «Металл‑Кейс»

Мы за передовые технологии — особенно в тех случаях, когда эти технологии дают конкретную пользу нашим клиентам. Поэтому мы уже перевели всё свое производство на волоконные лазеры, дающие самый тонкий и точный рез и экономящие деньги.

Мы готовы запустить ваш заказ в работу на них прямо сейчас.

Давайте рассчитаем его стоимость и сроки, чтобы вы могли решить, насколько вам интересно работать с нами. Отправьте свой контактный телефон, чтобы наш специалист перезвонил вам, выслушал ваши потребности и рассчитал всё, что потребуется.

Технология лазерной резки металла – оборудование, особенности, видео

Лазерная резка, или LBC (Laser Beam Cutting), как она обозначается во всем мире, – это процесс, при котором материал в зоне реза нагревается, а затем разрушается при помощи лазера.

Промышленная резка металла с помощью лазера

Сущность лазерной резки металла

Лазерная резка металла, как понятно из ее названия, выполняется при помощи луча лазера, получаемого при помощи специальной установки. Свойства такого луча позволяют фокусировать его на поверхности небольшой площади, создавая при этом энергию, характеризующуюся высокой плотностью. Это приводит к тому, что любой материал начинает активно разрушаться (плавиться, сгорать, испаряться и т.д.).

Станок лазерной резки металла, к примеру, позволяет концентрировать на поверхности обрабатываемого изделия энергию, плотность которой составляет 10 8 Ватт на один квадратный сантиметр. Для того чтобы понять, как удается добиться такого эффекта, необходимо разобраться, какими свойствами обладает лазерный луч:
- Лазерный луч, в отличие от световых волн, характеризуется постоянством длины и частоты волны (монохроматичность), что и позволяет легко фокусировать его на любой поверхности при помощи обычных оптических линз.
- Исключительно высокая направленность лазерного луча и небольшой угол его расходимости. Благодаря такому свойству на оборудовании для лазерной резки можно получить луч, отличающийся высокой фокусировкой.
- Лазерный луч обладает еще одним очень важным свойством – когерентностью. Это значит, что множество волновых процессов, протекающих в таком луче, полностью согласованы и находятся в резонансе друг с другом, что в разы увеличивает суммарную мощность излучения.
Процессы, происходящие при резке металла с использованием лазера, хорошо заметны на приведенных в статье видео. При воздействии луча на поверхность металла происходит быстрое нагревание и последующее расплавление подвергаемой обработке площади.

Быстрому распространению зоны плавления вглубь обрабатываемого изделия способствуют несколько факторов, в том числе и теплопроводность самого материала. Дальнейшее воздействие лазерного луча на поверхность изделия приводит к тому, что температура в зоне контакта доходит до точки кипения и обрабатываемый материал начинает испаряться.

Процесс лазерной резки в схематичной форме

Лазерную резку металла может выполняться двумя способами:
- плавлением металла;
- испарением обрабатываемого металла.
Для того чтобы выполнить резку металла методом испарения, требуется большая мощность оборудования и, как следствие, значительные энергозатраты, что не всегда целесообразно с экономической точки зрения. Ограничивают использование такого метода и строгие требования к толщине обрабатываемых изделий. Именно поэтому данный метод используют только для резки тонкостенных деталей.

Значительно большее распространение получила лазерная резка металла методом плавления. В последнее время лазерную резку методом плавления все чаще проводят с использованием газов (кислород, азот, воздух, инертные газы), которые с помощью специальных установок вдувают в зону реза (видео этого процесса можно легко найти в Сети).

Такая технология позволяет снизить энергозатраты, повысить скорость работы, использовать оборудование небольшой мощности для резки металла большой толщины. Конечно, это нельзя считать лазерной резкой в чистом виде, правильнее будет называть его газолазерной технологией.

Лазерная резка стали 10мм

Использование кислорода в качестве вспомогательного газа при выполнении лазерной резки позволяет одновременно решить такие важные задачи, как:
- активизация процесса окисления металла (это позволяет снизить его отражающую способность);
- повышение тепловой мощности в зоне реза (поскольку металл в среде кислорода горит более активно);
- выдувание из зоны реза мелких частиц металла и продуктов сгорания кислородом, подаваемым под определенным давлением (это облегчает приток газа в зону обработки).
Преимущества и недостатки лазерной резки

Лазерная резка металлических изделий имеет целый ряд весомых преимуществ по сравнению с другими способами резки. Из многочисленных достоинств данной технологии стоит обязательно отметить следующие.
- Диапазон толщины изделий, которые можно успешно подвергать резке, достаточно широк: сталь – от 0,2 до 20 мм, медь и латунь – от 0,2 до 15 мм, сплавы на основе алюминия – от 0,2 до 20 мм, нержавеющая сталь – до 50 мм.
- При использовании лазерных аппаратов исключается необходимость механического контакта с обрабатываемой деталью. Это позволяет обрабатывать таким методом резки легко деформирующиеся и хрупкие детали, не переживая за то, что они будут повреждены.
- Получить при помощи лазерной резки изделие требуемой конфигурации просто, для этого достаточно загрузить в блок управления лазерного аппарата чертеж, выполненный в специальной программе. Все остальное с минимальной степенью погрешности (точность до 0,1 мм) выполнит оборудование, оснащенное компьютерной системой управления.
- Аппараты для выполнения лазерной резки способны с большой скоростью обрабатывать тонкие листы из стали, а также изделия из твердых сплавов.
- Лазерная резка металла способна полностью заменить дорогостоящие технологические операции литья и штамповки, что целесообразно в тех случаях, когда необходимо изготовить небольшие партии продукции.
- Можно значительно снизить себестоимость продукции, что обеспечивается за счет более высокой скорости и производительности процесса резки, снижения объема отходов, отсутствия необходимости в дальнейшей механической обработке.
Резка фанеры лазером

Наряду с высокой мощностью устройства для лазерной резки обладают исключительной универсальностью, что дает возможность решать с их помощью задачи любой степени сложности. В то же время для лазерной резки металла характерны и некоторые недостатки.
- Из-за высокой мощности и значительного энергопотребления оборудования для лазерной резки себестоимость изделий, изготовленных с его применением, выше, чем при их производстве методом штамповки. Однако это можно отнести лишь к тем ситуациям, когда в себестоимость штампованной детали не включена стоимость изготовления технологической оснастки.
- Существуют определенные ограничения по толщине детали, подвергаемой резке.
Виды оборудования для лазерной резки

Оборудование для лазерной резки металла делится на три основных типа.

Газовые установки для лазерной резки

Газы в таких установках, использующиеся в качестве рабочего тела, могут прокачиваться по продольной или поперечной схеме. Принцип работы таких лазеров заключается в возбуждении атомов газа под действием электрического разряда, вследствие чего частицы начинают излучать монохроматический свет. Большое распространение в современной промышленности нашли щелевидные установки, работающие на углекислом газе. Они достаточно компактные, при этом мощные и отличаются простотой в эксплуатации (в Интернете достаточно много видео, на которых показана работа таких установок).

Принцип действия газового лазера

Конструкция такого оборудования состоит из двух основных элементов: лампы накачки и рабочего тела, в качестве которого чаще всего используется стержень из искусственного рубина. В состав последнего также включен неодим иттриевого граната. Лампа накачки в таких аппаратах необходима для того, чтобы передать на рабочее тело требуемое излучение. Чаще всего такие установки для лазерной резки работают в импульсном режиме, но есть и модели, функционирующие непрерывно.

Принцип действия рубинового лазера

В газодинамических установках рабочий газ предварительно нагревается до 2–3 тысяч градусов, затем на высокой скорости (выше скорости звука) пропускается через специальное сопло, а после этого охлаждается. Такое оборудование является очень дорогостоящим, как и сам процесс формирования лазерного луча, поэтому его использование очень ограничено.

Если посмотреть видео работы лазерной установки, то очень сложно определить, к какой группе она относится. Для этого необходимо получить представление об устройстве такого оборудования.

Любое оборудование для выполнения лазерной резки, к какой бы группе оно ни принадлежало, содержит следующие элементы:

Основы лазерной резки — знания, которые вам пригодятся

Лазеры впервые были использованы для резки в 1970-х годах.

В современном промышленном производстве лазерная резка более широко применяется в обработке листового металла, пластмасс, стекла, керамики, полупроводников и таких материалов, как текстиль, дерево и бумага.

В ближайшие несколько лет применение лазерной резки в прецизионной обработке и микрообработке также получит значительный рост.

Во-первых, давайте посмотрим, как работает лазерная резка.

Когда сфокусированный лазерный луч попадает на заготовку, область облучения быстро нагревается, расплавляя или испаряя материал.

Как только лазерный луч проникает в заготовку, начинается процесс резки: лазерный луч движется по контуру и расплавляет материал.

Обычно для удаления расплава из разреза используется струйный поток, оставляя узкий зазор между режущей частью и рамой.

Узкие швы получаются почти такой же ширины, как и сфокусированный лазерный луч.

Примечание: данная статья является переводом

Газовая резка

Газовая резка - это стандартная техника, используемая для резки низкоуглеродистой стали. В качестве режущего газа используется кислород.

Перед вдуванием в разрез давление кислорода повышается до 6 бар. Там нагретый металл вступает в реакцию с кислородом: он начинает гореть и окисляться.

В результате химической реакции высвобождается большое количество энергии (в пять раз больше энергии лазера).

Рис.1 Лазерный луч плавит заготовку, а режущий газ сдувает расплавленный материал и шлак в зоне разреза

Резка плавлением

Резка плавлением - это еще один стандартный процесс, используемый при резке металла, который также может применяться для резки других легкоплавких материалов, например, керамики.

В качестве газа для резки используется азот или аргон, а воздух под давлением 2-20 бар продувается через разрез.

Аргон и азот являются инертными газами, что означает, что они не вступают в реакцию с расплавленным металлом в надрезе, а просто выдувают его на дно.

Между тем, инертный газ может защитить режущую кромку от окисления воздухом.

Резка сжатым воздухом

Сжатый воздух также можно использовать для резки тонких листов.

Давления воздуха, увеличенного до 5-6 бар, достаточно, чтобы сдуть расплавленный металл в разрезе.

Поскольку почти 80% воздуха - это азот, резка сжатым воздухом - это, по сути, резка плавлением.

Плазменная резка

Если параметры выбраны правильно, то в разрезе плазменной резки с применением плазменного наплавления появляются плазменные облака.

Плазменное облако состоит из ионизированного пара металла и ионизированного газа для резки.

Плазменное облако поглощает энергию CO2-лазера и переводит ее в заготовку, позволяя соединить больше энергии с заготовкой, что позволяет быстрее плавить металл и ускоряет процесс резки.

Поэтому процесс резки также называют высокоскоростной плазменной резкой.

Плазменное облако фактически прозрачно для твердого лазера, поэтому плазменная резка может использоваться только при лазерной резке CO2.

Газифицирующая резка

Газифицирующая резка испаряет материал и минимизирует тепловое воздействие на окружающий материал.

Использование непрерывной обработки CO2-лазером для испарения материалов с низким тепловыделением и высоким поглощением позволяет достичь вышеуказанных эффектов, например, тонкой пластиковой пленки и неплавящихся материалов, таких как дерево, бумага и пенопласт.

Ультракороткоимпульсный лазер позволяет применить эту технику к другим материалам.

Свободные электроны в металле поглощают лазер и резко нагреваются.

Лазерный импульс не вступает в реакцию с расплавленными частицами и плазмой, и материал сублимируется напрямую, не успевая передать энергию окружающему материалу в виде тепла.

В материале для пикосекундной импульсной абляции нет явного теплового эффекта, нет плавления и образования заусенцев.

Рис.3 Газификационная резка: лазер заставляет материал испаряться и гореть. Давление пара вытягивает шлак из разреза

На процесс лазерной резки влияют многие параметры, некоторые из которых зависят от технических характеристик лазерного генератора и станка для лазерной резки, а другие варьируются.

Степень поляризации

Степень поляризации показывает, какой процент лазера преобразуется.

Типичная степень поляризации составляет около 90%. Этого достаточно для высококачественной резки.

Диаметр фокусировки

Диаметр фокуса влияет на ширину разреза и может изменяться путем изменения фокусного расстояния фокусирующей линзы. Меньший диаметр фокуса означает более узкие разрезы.

Фокусное положение

Положение фокуса определяет диаметр луча, плотность мощности и форму надреза на поверхности заготовки.

Рис. 4 Положение фокуса: внутри, на поверхности и на восходящей стороне заготовки.

Мощность лазера

Мощность лазера должна соответствовать ьипу обработки, а также типу и толщине материала.

Мощность должна быть достаточно высокой, чтобы плотность мощности на заготовке превышала порог обработки.

Рис.5 Более высокая мощность лазера позволяет резать более толстый материал

Рабочий режим

Непрерывный режим в основном используется для резки стандартного контура металла и пластика толщиной от миллиметра до сантиметра.

Для выплавки отверстий или получения точных контуров используются низкочастотные импульсные лазеры.

Скорость резки

Мощность лазера и скорость резки должны соответствовать друг другу. Слишком высокая или слишком низкая скорость резки может привести к увеличению шероховатости и образованию грата.

Рис.6 Скорость резания уменьшается с увеличением толщины пластины

Диаметр сопла

Диаметр сопла определяет форму потока газа и воздушного потока из сопла.

Чем толще материал, тем больше диаметр газовой струи и, соответственно, больше диаметр отверстия сопла.

Чистота и давление газа

Кислород и азот часто используются в качестве газов для резки.

Чистота и давление газа влияют на эффект резки.

При резке кислородным пламенем чистота газа составляет 99,95 %.

Чем толще стальной лист, тем ниже давление газа.

При резке азотом чистота газа должна достигать 99,995 % (в идеале 99,999 %), что требует более высокого давления при плавлении и резке толстых стальных листов.

Технические параметры

На ранней стадии лазерной резки пользователь должен определить настройки параметров обработки путем пробной операции.

Теперь необходимые параметры обработки хранятся в управляющем устройстве системы резки.

Для каждого типа и толщины материала имеются соответствующие данные.

Технические параметры позволяют людям, не знакомым с технологией, беспрепятственно управлять оборудованием для лазерной резки.

Оценка качества резки

Существует множество критериев для определения качества кромок лазерной резки.

Например, стандарт формы грата, провисания и зернистости можно оценить невооруженным глазом.

Прямолинейность, шероховатость и ширина надреза должны быть измерены специальными приборами.

Осаждение материала, коррозия, область термического воздействия и деформация являются важными факторами для измерения качества лазерной резки.

Перспективы в будущем

Непрерывный успех лазерной резки находится за пределами досягаемости большинства других методов. Эта тенденция продолжается и сегодня. В будущем применение лазерной резки будет становиться все более и более перспективным.

Если вам понравилась статья, то ставьте лайк, делитесь ею со своими друзьями и оставляйте комментарии!

Читайте также: