От първото си приложение в промишленото производство през 70-те години на миналия век, лазерното рязане се превърна в една от най-важните технологии за термично рязане в съвременната обработка на материали. Приложенията му обхващат широк спектър от материали, включителнотитанови сплави, пластмаси, стъкло, керамика, полупроводници, текстил, дърво и хартия и играе незаменима роля в множество индустрии като автомобилостроенето, космическата индустрия, електрониката и леката промишленост.
I. Основни принципи на процеса
Основният процес на лазерно рязане е следният: Високо{0}}мощен-фокусиран лазерен лъч се насочва към повърхността на обработвания детайл. Материалът в облъчената зона бързо абсорбира светлинната енергия и я преобразува в топлинна енергия, което води до рязко повишаване на температурата до точката на топене или дори точката на кипене, което води до локално топене или изпаряване на материала. След като лазерният лъч проникне в детайла, процесът на рязане започва сериозно-лъчът се движи по предварително зададен контур, като непрекъснато разтопява материала по пътя, който трябва да се отдели. В същото време спомагателен газ (обикновено сгъстен въздух или специфичен технологичен газ) се вдухва в среза при определено налягане, за да се отстрани незабавно разтопеният материал, образувайки тясна междина между отрязаното парче и основния материал, която е приблизително равна по ширина на диаметъра на фокусираното лазерно петно, като по този начин се постига прецизно разделяне.
II. Категории основни процеси и технически характеристики
Въз основа на вида на спомагателния газ и механизма на отстраняване на материала, лазерното рязане може да бъде класифицирано в следните стандартни режими на процес. (1) Пламъчно рязане Пламъчното рязане е стандартният процес за обработка на ниско-въглеродна стомана. Този процес използва кислород като спомагателен газ, като налягането достига до 6 бара. Неговият основен механизъм е следният: след като лазерният лъч загрее метала до точката му на запалване, кислородът реагира бурно с метала с висока-температура чрез окисление (т.е. изгаряне). Тази реакция освобождава голямо количество химическа енергия (до пет пъти енергията на самия лазер) и заедно с лазерния лъч тази енергия улеснява както топенето, така и отстраняването на материала. Този синергичен ефект на „термохимична реакция плюс лазерно нагряване“ дава на пламъчното рязане както ефективност, така и{11}}ефективност предимства при обработката на дебела-плоска ниско-въглеродна стомана.
(2) Рязане чрез стопяване. Рязането чрез стопяване е един от най-широко използваните процеси за рязане на метал и е подходящо и за стопими не-метални материали като керамика. Този процес използва азот или аргон като спомагателен газ с диапазон на налягане от 2–20 бара. Както азотът, така и аргонът са инертни газове; те не реагират химически с разтопения метал по време на рязане, а просто използват физическа сила на издухване, за да изгонят разтопения материал от среза. В същото време инертният газ образува защитна атмосфера на режещия ръб, като ефективно предотвратява окисляването, причинено от контакта между високо-температурната зона и въздуха, като по този начин създава чиста повърхност на рязане без-нагар.
(3) Рязане със сгъстен въздух За обработката на тънки листови материали сгъстеният въздух може да се използва директно като източник на газ за рязане. Налягането на газа обикновено се настройва на 5–6 бара, което е достатъчно за ефективно издухване на разтопен материал от среза. Тъй като приблизително 78% от въздуха е азот, неговият механизъм на рязане е по същество същият като този на рязане чрез топене; въпреки това, кислородът, който се съдържа във въздуха, може да причини леко окисление при определени условия. Следователно този процес се използва предимно за приложения с тънки -листове, където изискванията за окисление не са строги, предлагайки предимства както в цената, така и в удобството.
(4) Плазмено-подпомогнато рязане Когато параметрите на процеса са правилно съгласувани, плазмен облак-съставен от йонизирани метални пари и газ за рязане-може да се генерира по време на процеса на рязане чрез топене. Този плазмен облак ефективно абсорбира енергията от CO₂ лазерния лъч и го -излъчва отново върху повърхността на детайла, позволявайки повече енергия да бъде свързана във вътрешността на материала и ускорява процеса на топене, като по този начин значително увеличава скоростта на рязане. Поради тази причина процесът е известен още като високо-скоростно плазмено рязане. Трябва да се отбележи, че плазменият облак е прозрачен за твърдо-лазери (като влакнести лазери) и не може да подобри енергийното свързване; следователно този процес е приложим само за CO₂ лазери.
(5) Рязане с изпаряване: Рязането с изпаряване постига разделяне чрез директно сублимиране на материала, като по този начин минимизира зоната, засегната от топлина-. За материали с ниска топлина на изпаряване и висока степен на абсорбция (като тънки пластмасови филми, дърво, хартия, пяна и други не-топими материали), може да се постигне чисто изпаряване с помощта на CO₂ лазер с непрекъсната -вълна. Въвеждането на лазери с ултракъс{6}}импулс (пикосекундни и фемтосекундни нива) разшири изпарителното рязане в областта на металните материали. Механизмът е следният: поради изключително кратката продължителност на ултракъсите импулси свободните електрони в метала бързо поглъщат лазерна енергия и рязко се нагряват; материалът сублимира директно преди топлината да може да бъде прехвърлена към околната кристална решетка. Този процес не включва топене, без раздробяване и без значителна зона-засегната от топлина, постигайки „студена обработка“ в истинския смисъл на термина. Той е особено подходящ за микропроизводство на прецизни компоненти и термо{11}}чувствителни материали.
IV. Заключение
Разнообразните процеси на технологията за лазерно рязане осигуряват прецизни решения за сценарии на обработка, включващи различни материали, дебелини и изисквания за качество. От рязане с пламък, което е доминирано от термохимични реакции, до рязане чрез топене под защита от инертен газ и до рязане чрез изпаряване, управлявано от ултракъси импулси, всеки процес съответства на различни физически механизми и граници на приложение. Дълбокото разбиране на присъщите връзки между тези класификации и параметри е предпоставка за оптимизиране на качеството на рязане и подобряване на ефективността на обработката, а също така служи като основа за напредване на технологията за лазерно производство към по-голяма прецизност и ефективност.
Имейл-:garychen3215@hotmail.com
Адрес: No.35, Baoti Rd, град Baoji, провинция Shaanxi, Китай
За контакт: г-н Гари Чен
Телефон: +86-917-8883215
Мобилно/WhatsApp: +86 13092900605
