Główny proces maszyny do cięcia laserowego

1. Cięcie przez odparowanie.
x

Aby zapobiec kondensacji pary materiału na ścianie szczeliny, grubość materiału nie może znacznie przekraczać średnicy wiązki laserowej. Proces ten nadaje się zatem tylko do zastosowań, w których należy unikać wykluczenia stopionego materiału. Ta obróbka jest tak naprawdę stosowana tylko w bardzo małych obszarach zastosowań w przypadku stopów na bazie żelaza.

Proces ten nie może być stosowany, tak jak drewno i niektóre materiały ceramiczne, które nie są w stanie stopionym, a zatem są mniej podatne na ponowne kondensowanie oparów materiału. Ponadto materiały te zazwyczaj pozwalają na uzyskanie grubszych cięć.

W cięciu laserowym zgazowanie optymalne ogniskowanie wiązki zależy od grubości materiału i jakości wiązki. Moc lasera i ciepło waporyzacji mają tylko pewien wpływ na optymalne położenie ogniska. W przypadku określonej grubości blachy maksymalna prędkość cięcia jest odwrotnie proporcjonalna do temperatury zgazowania materiału.

Wymagana gęstość mocy lasera jest większa niż 108 W/cm2 i zależy od materiału, głębokości cięcia i położenia ogniska wiązki. W przypadku określonej grubości blachy, przy założeniu wystarczającej mocy lasera, maksymalna prędkość cięcia jest ograniczona prędkością strumienia gazu.

2. Topienie i cięcie.
W cięciu laserowym, obrabiany przedmiot jest częściowo topiony, a następnie stopiony materiał jest wyrzucany za pomocą strumienia powietrza. Ponieważ przenoszenie materiału następuje tylko w stanie ciekłym, proces ten nazywany jest cięciem laserowym.

Wiązka laserowa w połączeniu z obojętnym gazem tnącym o wysokiej czystości wypycha stopiony materiał ze szczeliny bez cięcia samego gazu. Cięcie laserowe może osiągnąć wyższe prędkości cięcia niż cięcie gazowe. Energia wymagana do zgazowania jest zwykle wyższa niż energia wymagana do stopienia materiału.

W cięciu laserowym wiązka lasera jest tylko częściowo pochłaniana. Maksymalna prędkość cięcia wzrasta wraz ze wzrostem mocy lasera i maleje niemal odwrotnie wraz ze wzrostem grubości blachy i temperatury topnienia materiału. W przypadku określonej mocy lasera czynnikiem ograniczającym jest ciśnienie gazu w szczelinie oraz przewodność cieplna materiału.

Cięcie laserowe może dawać cięcie beztlenowe żelaza i tytanu. Gęstość mocy lasera, która powoduje topienie, ale nie gazyfikację, wynosi od 104 W/cm2 do 105 W/cm2 w przypadku materiałów stalowych.

3. Cięcie oksydacyjne (cięcie płomieniem laserowym).
Cięcie termojądrowe na ogół wykorzystuje gaz obojętny. Jeśli zamiast tego zostanie użyty tlen lub inny gaz aktywny, materiał zostanie zapalony pod wpływem napromieniowania wiązką lasera, a gwałtowna reakcja chemiczna z tlenem wygeneruje kolejne źródło ciepła, które dodatkowo podgrzeje materiał, co nazywa się cięciem przez topienie oksydacyjne. .

Dzięki temu efektowi, przy tej samej grubości stali konstrukcyjnej, tą metodą można uzyskać wyższe szybkości skrawania niż cięcie przez wytapianie. Z drugiej strony ta metoda może mieć gorszą jakość cięcia niż cięcie przez wytapianie. W praktyce daje szersze nacięcia, zauważalną chropowatość, zwiększoną strefę wpływu ciepła i gorszą jakość krawędzi.

Cięcie laserowe płomieniem nie jest dobre dla precyzyjnych modeli i ostrych narożników (ryzyko spalenia ostrych narożników). Efekty termiczne można ograniczyć za pomocą lasera impulsowego, w którym moc lasera określa prędkość cięcia. Przy danej mocy lasera czynnikami ograniczającymi są dopływ tlenu i przewodność cieplna materiału.

4. Kontroluj cięcie złamań.

W przypadku materiałów kruchych, które łatwo ulegają uszkodzeniu pod wpływem ciepła, szybkie i kontrolowane cięcie za pomocą nagrzewania wiązką lasera nazywa się kontrolowanym cięciem szczelinowym. Główną zaletą tego procesu cięcia jest to, że wiązka lasera nagrzewa niewielki obszar kruchego materiału, powodując duże gradienty termiczne i poważne odkształcenia mechaniczne w tym obszarze, co skutkuje powstawaniem pęknięć w materiale. Wiązka laserowa może kierować pęknięcia w dowolnym kierunku, o ile zachowany jest równomierny gradient nagrzewania.