Laserskæreteknologi skal være velkendt for alle. Laserskæreteknologi er en behandlingsmetode, der bruger en laserstråle med høj energi-densitet til nøjagtigt at skære materialer. Det er vidt brugt til behandling af metal- og ikke-metalmaterialer. Det mest almindelige laserskærende udstyr er laserskæremaskiner.
Laserskæremaskiner bruger lasers skæreprincip. Kernen i laserskæring er laserstråle genereret af en højeffekt laser. Gennem et reflektor- og linsesystem, især en fokuserende linse, er bjælken fokuseret på et meget lille sted, normalt med en diameter på kun titusinder af mikron til hundreder af mikron, hvorved en meget høj energitæthed på overfladen af det forarbejdede materiale.
Under bestråling af lasere med høj energitæthed opvarmes overfladen af materialet hurtigt op til tusinder til titusinder af grader celsius, hvilket får materialet til at smelte, fordampes eller forbrænder øjeblikkeligt. For metalmaterialer kan der også være en oxidationsreaktion.
I laserskæreprocessen bruges ofte hjælpegasser med høj tryk (såsom ilt, nitrogen, argon eller trykluft osv.) I kombination. På den ene side hjælper de med at sprænge de smeltede eller fordampede materialer, og på den anden side beskytter de skæreområdet, reducerer den varmepåvirkede zone og forbedrer skærekvaliteten og hastigheden.
De vigtigste procesparametre for laserskæring skærer laserkraft, indsnitsbredde, skærehastighed og gasstrømningshastighed. Andre faktorer, såsom laserstrålekvalitet, objektivets brændvidde, defokus og dyse, har også en stor indflydelse på laserskæring.
(1) Laserkraft
For materialegenskaber, hvis overfladereflektionsevnen af materialet er høj, vil laserbestillingsoverfladen, mere energi, blive reflekteret tilbage i stedet for at blive absorberet af materialet til skæring. For at sikre tilstrækkelig energi til skæring skal laserkraften derfor øges. Tilsvarende, hvis materialets termiske ledningsevne er god, vil den varme, der genereres af laserbestrålingen, hurtigt blive udført inde i materialet, hvilket gør det vanskeligt for temperaturen i skæreområdet at stige til et niveau, der er tilstrækkeligt til at skære. I dette tilfælde skal laserkraften også øges for at forbedre skæreeffektiviteten. Derudover kræver skærematerialer med høje smeltepunkter også større laserkraft og effekttæthed. Dette skyldes, at materialer med høje smeltepunkter kræver mere energi til at smelte eller fordampe dem og derved opnå formålet med skæring.
(2) Skærehastighed
Under visse effektbetingelser, når pladetykkelsen øges, er laserstrålen nødt til at trænge ind i dybere materialelag for at fuldføre skæringen. Undersøgelser har vist, at forholdet mellem skærehastighed og skåret overfladegruhed ikke er et simpelt lineært forhold, men viser en U-formet ændringstrend. Dette betyder, at der for materialer med forskellige pladetykkelser og forskellige skæring af gastrykbetingelser er et optimalt skærehastighedspunkt. Når du skærer med denne hastighed, kan ruhedsværdien af den skårne overflade minimeres, det vil sige, at udskæringen er den glateste. Generelt set, jo hurtigere skærehastigheden, jo større kræves den krævede magt.
(3) Gastryk (gasstrøm)
Under smelteskæringsprocessen opvarmer laserstråle materialet til smeltetemperaturen. På dette tidspunkt sprang gasen det flydende metal for at danne et snit. Gastrykket skal være stort nok til effektivt at fjerne det smeltede metal og sikre kontinuiteten i skæringen og snitets klarhed. Gasstrømningshastigheden er også relateret til dyseformen. Forskellige dyseformer har forskellige effekter på fordelings- og strømningsegenskaberne for gassen, så den relevante gasstrømningshastighed vil også være anderledes. Når du vælger dysen og indstiller gasstrømningshastigheden, er det nødvendigt at matche og optimere i henhold til de specifikke skærekrav og materialegenskaber.
(4) Strålekvalitet, objektivets brændvidde og defokus
Laserens stråletilstand fra laseren er afgørende for skæreffekten. Den grundlæggende tværgående tilstand (TEM 00 -tilstand) stråle anses for at være den mest ideelle stråletilstand i laserskæring på grund af dens lille strålediameter og koncentreret energi. Eksperimentelle undersøgelser har vist, at indsnitsbredden næsten er lig med laserpladsdiameteren i ikke-oxygenassisteret skæring. Spotstørrelsen er proportional med fokuslængden af fokuseringslinsen, det vil sige, jo længere er brændvidden, jo større er stedet; Jo kortere brændvidde er, jo mindre er stedet. Selvom en kort brændvidde -objektiv kan opnå et mindre sted, reduceres dens fokusdybde imidlertid også i overensstemmelse hermed. Jo mindre fokale dybde, jo strengere er afstandskravet fra emnet overflade til linsen. Defocus -værdien har en stor indflydelse på skærehastigheden og skæredybden og skal forblive uændret under skæreprocessen. Generelt er defokusværdien en negativ værdi, det vil sige, at fokuspositionen placeres på et bestemt punkt under skærepladeoverfladen.
(5) Dyse
Dysen er en vigtig komponent, der påvirker kvaliteten og effektiviteten af laserskæring. Laserskæring bruger generelt en koaksial (luftstrøm og optisk aksekoncentrisk) dyse, og dysens udløbsdiameter skal vælges i henhold til pladetykkelsen. Derudover har afstanden fra dysen til arbejdsemneoverfladen også en stor indflydelse på skærekvaliteten. For at sikre stabiliteten af skæreprocessen skal denne afstand holdes konstant.
Laserskæring af industrielle materialer
(1) Laserskæring af metalmaterialer
Næsten alle metalmaterialer har høj refleksionsevne over for infrarødt lys ved stuetemperatur. For eksempel er absorptionshastigheden på 1 0. 6μm kuldioxidlaser kun 0,5%~ 10%. Når effekttætheden imidlertid overstiger den fokuserede stråle af, kan overfladen begynde at smelte i mikrosekunder. Absorptionshastigheden for de fleste smeltede metaller stiger kraftigt, generelt op til 60%~ 80%. Derfor er kuldioxidlasere blevet anvendt med succes i mange metalskærepraksis.
Den maksimale tykkelse af kulstofstålplader, der kan skæres af moderne laserskæresystemer, er overskredet 2 0 mm. Skæresømmen på kulstofstålplader kan styres inden for et tilfredsstillende breddeområde med iltassisteret smelteskærende metode, og den skære søm på tynde stålplader kan være så smal som ca. 0,1 mm. Laserskæring er en effektiv behandlingsmetode til rustfrie stålplader. Det kan kontrollere den varmepåvirkede zone inden for en meget lille rækkevidde og derved opretholde dens korrosionsbestandighed. De fleste legeringsstrukturelle stål og legeringsværktøjsstål kan opnå god banebrydende kvalitet ved laserskæring.
Aluminiums- og aluminiumslegeringer kan ikke skæres med iltassisteret smeltning. En smelteskæremekanisme skal anvendes. Aluminiumslaserskæring kræver en meget høj effekttæthed for at overvinde dens høje refleksionsevne til 10,6 μm bølgelængde lasere. 1. 06μm bølgelængde YAG -laserstråler kan i høj grad forbedre skærekvaliteten og hastigheden af aluminiumslaserskæring på grund af deres høje absorptionshastighed.
Titanium- og titaniumlegeringer, der ofte bruges i flyfremstillingsindustrien, har intense kemiske reaktioner, når ilt bruges som hjælpegas, og skærehastigheden er hurtig, men det er let at danne et oxidlag på forkant og endda forårsage overbrænding.
Det er mere sikkert at bruge inert gas som hjælpegas for at sikre skæring af kvalitet. De fleste nikkelbaserede legeringer kan også skæres med iltassisteret smeltning. Kobber- og kobberlegeringer har for høj refleksionsevne og kan dybest set ikke skæres med 10,6 μm kuldioxidlasere.
(2) Laserskæring af ikke-metalliske materialer
10,6 μm CO2-laserstråle absorberes let af ikke-metalliske materialer. Dens lave refleksionsevne- og fordampningstemperatur giver næsten al den absorberede lysenergi mulighed for at komme ind i materialet og får øjeblikkeligt fordampning til at danne huller og indtaste en dydig cyklus af skæreprocessen. Plast, gummi, træ, papirprodukter, læder, naturlige stoffer og andre organiske materialer kan skæres af laser. Tykkelsen af træ skal dog være begrænset. Tykkelsen af træplader er inden for 75 mm, og tykkelsen af laminater og træchipplader er ca. 25 mm. Blandt uorganiske materialer kan kvarts og keramik klippes af laser. Sidstnævnte skal skæres med kontrolleret brud og høj effekt bør ikke bruges. Glas og sten er generelt ikke egnet til laserskæring.
Andre materialer, der er vanskelige at behandle ved konventionelle metoder, såsom sammensatte materialer og cementerede carbider, kan skæres med laser, men rimelige skæremekanismer og procesparametre skal vælges gennem eksperimenter.
I den faktiske anvendelse af laserskæreteknologi er forbedring af skæreeffektivitet, forbedring af skærekvaliteten og reduktion af nedskæringsomkostninger en af de ting, vi ofte har brug for at overveje.
Forbedring af laserskæreteknologi for at forbedre produktionseffektiviteten, skære kvalitet og reducere omkostningerne kan udføres fra følgende aspekter:
1. Med fremme af laserteknologi kan brugen af lasere med højere effekt (såsom 10, 000- watt-lasere) øge skærehastighederne markant, samtidig med at de reducerer varmepåvirkede zoner og materialet deformation, hvilket gør skåret mere effektiv og bedre kvalitet, især til at skære tykkere materialer.
2. Juster rimeligt parametre såsom laserkraft, skærehastighed, hjælpegastype og tryk og afstanden mellem dysen og materialet og foretager detaljerede indstillinger baseret på specifikke materialer og skærebehov. Find den optimale parameterkombination gennem flere tests for at forbedre skæreeffektiviteten og kvaliteten.
3. Gennem det automatiske fokuseringssystem justeres laserfokuspositionen automatisk i henhold til materialetykkelsen og typen for at sikre skæreøjagtighed.
4. Reducer ikke-skæringstiden og forbedrer den samlede driftseffektivitet ved hurtigt at flytte skærehovedet til det næste skærepunkt.
5. Registrer automatisk materielle kanter og vippevinkler, juster skærevejen automatisk og reducer materialeaffald og forarbejdningstid.
6. Brug CNC -software til at simulere skæring, planlægge den enkleste skæresti, reducere tomme slagtilfælde og forbedre materialeudnyttelsen og skærehastigheden.
7. Vedligehold og servicerer regelmæssigt laserskæremaskinen, såsom udskiftning af slid dele, rengøring af optiske komponenter, kalibreringsudstyr osv. For at sikre langvarig stabil drift af udstyret og opretholde optimal skæreydelse.
8. Hold arbejdsmiljøet i laserskæremaskinen ren, med passende temperatur og moderat fugtighed for at undgå virkningen af støv og overdreven fugtighed på udstyret og skæreeffekten.
9. Brug mere avancerede CNC -kontrolsystemer og software til at forbedre kontrolnøjagtigheden og responshastigheden, og understøtt mere komplekse skæreplader.
10. Fortsæt med at være opmærksom på nye udviklinger inden for laserteknologi, såsom mere effektive laserkilder, mere avancerede optiske systemer, intelligente softwarealgoritmer osv. For kontinuerligt at forbedre skærevirksomhederne.