Indledning
In the field of laser processing, laser cutting machines have been widely used in many industries due to their advantages such as high precision, high speed, and non-contact processing. However, when dealing with highly reflective materials, the cutting effect of laser cutting machines is significantly affected. Highly reflective materials, such as copper, aluminum, gold, silver, and their Legeringer, udgør vanskelige udfordringer i laserskæreprocessen på grund af deres høje refleksionsevne over for laser og god termisk ledningsevne . En dybdegående udforskning af påvirkningen af meget reflekterende materialer på skæreffekten af laserskæremaskiner er af stor betydning for at udvide applikationsområdet for laserskæringsteknologi, forbedring af behandlingskvalitet og effektivitet {.}}}}}}}}}}}}}}}}}}}
Karakteristika for meget reflekterende materialer og deres indflydelse på laserabsorption
Grundlæggende egenskaber ved meget reflekterende materialer
Highly reflective materials usually have low resistivity, which results in a low absorption rate of laser. For example, copper and aluminum rank among the top in electrical conductivity among common metals. At room temperature, the absorption rate of red copper to infrared laser is about 5%. At the same time, the surface state of highly reflective materials also has an important impact on Laserreflektion . Jo glattere overfladen, jo stærkere afspejling af laser . For eksempel vil den reflekterende evne af almindeligt børstet rustfrit stål relativt svag, men når overfladen når en spejleffekt, vil det forårsage åbenlyst refleksion under laserforarbejdning . Derudover er absorptionshastigheden af materialer til laser varier med deres tilstande {{{7} Absorptionshastigheden for faste metaller til laser er generelt lav, men den vil stige markant, når den smeltes i en flydende tilstand . for eksempel, når rødt kobber opvarmes til nær dets smeltepunkt, kan absorptionshastigheden nå ca. 20%.
Absorptionskarakteristika for meget reflekterende materialer under forskellige bølgelængder lasere
Different materials have significantly different absorption rates for light of different wavelengths. Take copper (Cu) and silver (Ag) as examples. For fiber lasers with a wavelength of 1070nm, they are typical highly reflective materials, with an extremely low absorption rate, much lower than that of iron (Fe) and steel (Steel). However, their absorption rate is relatively higher when exposed to solid-state lasers. The laser emitted by a CO₂ laser is in the infrared band (usually 10.6um), which performs well in many industrial application fields, but it is not ideal for processing highly reflective metals in special bands. This indicates that choosing an appropriate laser source with a suitable Bølgelængde er afgørende for at øge absorptionen af stærkt reflekterende materialer til laser og forbedre skæreeffekten.
Flere påvirkninger af stærkt reflekterende materialer på skæreeffekten af laserskæremaskiner
Fald i skæring af kvalitet
Dross og Burr -problemer
Når man skærer meget reflekterende materialer på grund af utilstrækkelig absorption af laser af materialerne, er den varme, der genereres under skæreprocessen, ikke nok til fuldt ud at smelte og fordampes materialerne, hvilket resulterer i dannelsen af dress i bunden af skæreoverfladen . på samme tidspunkt, de skårne materiale, under blæseren af auxiliabasen, majs form burs på de skårede materiale Kant . For eksempel, når du bruger en almindelig laserskæremaskine til at skære kobbermaterialer, findes åbenlyst dross ofte i bunden af udskæringen, og burrs på forkanten er relativt ru, hvilket alvorligt påvirker fladheden og glatheden i skæreoverfladen .
Inkonsekvent skåret bredde
Reflektions- og varmeledningen af meget reflekterende materialer til laser gør fordelingen af laserenergi på den materielle overflade ujævn, hvilket fører til inkonsekvente nedskæringsbredder . Under skæreprocessen, kan situationer, såsom en bredere øvre del, og en smalere nedre del af nedskæringen eller betydelige lokale bredde, forekomme . dette ikke kun påvirker den nedskårne størrelse nøjagtig Delebehandling med ekstremt høje krav til dimensionel nøjagtighed .
Udvidelse af den varmepåvirkede zone
Den gode termiske ledningsevne af stærkt reflekterende materialer får den varme, der genereres under laserskæreprocessen, til at sprede sig hurtigt til de omgivende områder, hvilket udvider rækkevidden af den varmepåvirkede zone . Strukturen og egenskaberne for materialerne inden for den varmepåvirkede zone kan ændre, såsom et fald i hårdhed og en afskrækkelse i sejhed.}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} allyum Eksempel kan udvidelsen af den varmepåvirkede zone føre til et fald i materialers mekaniske egenskaber, der påvirker produkternes levetid .
Reduktion i skæreeffektivitet
Udnyttelsesgrad med lav energi forårsaget af lav absorptionshastighed
Den lave absorptionshastighed af meget reflekterende materialer til laser betyder, at en stor mængde laserenergi reflekteres og ikke kan bruges effektivt til materialeskæring, hvilket resulterer i en lav energiudnyttelse af laserskæremaskinen . For at opnå materialeskæring er det nødvendigt at øge laserkraften eller forlænge nedskæringstiden, hvilket uden tvivl reducerer den nedskårne effektivitet. Når man skærer kobber- og stålmaterialer med samme tykkelse, er den laserkraft, der kræves til skæring af kobbermaterialer, ofte højere, og skærehastigheden er markant langsommere .
Begrænsning af skærehastighed
Due to problems such as incomplete penetration and dross formation during the laser cutting of highly reflective materials, in order to ensure the cutting quality, the cutting speed has to be reduced. An excessively slow cutting speed not only prolongs the processing time of a single workpiece but also reduces the overall production efficiency. For example, when cutting thick plates of highly reflective materials, the Skærehastighed er muligvis kun en brøkdel af det, når du skærer almindelige metalmaterialer .
Øget udstyrslitage
Skader på laseren forårsaget af reflekteret lys
When the laser irradiates the surface of highly reflective materials, most of the energy will be reflected. These reflected light rays may return to the inside of the laser and damage the optical components of the laser, such as damaging the mirrors of the laser resonator and affecting the performance of the laser diode, thus shortening the service life of the laser. In severe Tilfælde, det reflekterede lys kan endda få laseren til at have ustabil lysudgang eller stoppe med at udsende lys .
Øget byrde på hjælpesystemet
For at overvinde de skadelige virkninger af stærkt reflekterende materialer på laserskæring er det normalt nødvendigt at øge strømningshastigheden og trykket for hjælpegassen for at hjælpe med at sprænge drossen og forbedre skæringskvaliteten . Dette vil øge byrden på det samme tidsvarme, hvilket øger driftsomkostningerne og vedligeholdelsesfrekvensen af udstyret. på det samme tidspunkt, på grund af det store beløb, hvilket øger driftsomkostningerne og vedligeholdelsesfrekvensen af udstyr Skæring af meget reflekterende materialer, højere krav fremsættes også til kølesystemet for udstyret . Den langsigtede højbelastningsdrift af kølesystemet er også tilbøjelige til fejl .
Strategier til at klare udfordringerne ved at skære meget reflekterende materialer
Optimering af laserudstyr
Vedtagelse af lasere af ny type
The development of new-type lasers for highly reflective materials is one of the key solutions to the problem. For example, the wavelength of blue lasers usually ranges from 400 - 500nm. Compared with traditional infrared lasers, highly reflective materials have a higher absorption rate for blue light. The 500w series and 1000w series semiconductor blue lasers launched by the Guangdong Hard Technology Innovation Research Institute of Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area perform well in the welding, cladding, and 3D printing of highly reflective materials. In scenarios such as lithium-ion battery welding and electronic component processing that require the processing of copper materials, the power required for using a blue laser is only En tiendedel til en femtedel af den af en konventionel infrarød laser, og "spredtfri svejsning" kan opnås . svejsehastigheden er mindst 8 gange hurtigere end for infrarøde lasere .
Optimering af fiberudgangshovedet
I fiberlasermaskiner vil den reflekterede laser forårsaget af meget reflekterende materialer sandsynligvis skade det optiske kabelhoved . raycus laser har vedtaget en ny QBH-fiberudgang, hvilket tilføjer et trin med reflekteret lys strippet enhed på det originale grundlag, som kan stribe de fleste af den reflekterede laser i det første sted.}}}}}}}}}}}}}}}}} ild med vandet nedskolende dissipping, og udgang Det reducerer den termiske påvirkning på det optiske kabeludgangshoved . Efter strenge kobberoverfladesvejsningstest, kan kernekomponenterne i RFL-A1500D-laseren udstyret med dette udgangshoved stadig opretholde en normal driftstemperatur i et højt reflekteret lys miljø, hvilket effektivt verificerer dens ydeevne .}}
Justering af procesparametre
Kontrol af laserkraft og energi
According to the characteristics of highly reflective materials, appropriately increasing the laser power can increase the absorption of materials to laser and improve the cutting efficiency. However, too high a laser power may cause excessive melting and vaporization of the materials, resulting in more splashes and dross. Therefore, it is necessary to precisely control the laser power and energy to achieve the best cutting effect while F.eks. Sikrer skærekvaliteten ., når du skærer meget reflekterende materialer med forskellige tykkelser, skal du bestemme den relevante laserkraft og pulsenergi gennem eksperimenter for at opnå god skæringskvalitet og effektivitet .
Optimering af skærehastighed og hyppighed
Adjusting the cutting speed and frequency is also an important means to improve the cutting effect of highly reflective materials. If the cutting speed is too fast, the materials cannot fully absorb the laser energy, and problems such as incomplete penetration and dross formation are likely to occur. If the cutting speed is too slow, it will lead to the expansion of the heat-affected zone and a decline in the cut Kvalitet . På samme tid kan justere laserens pulsfrekvens kontrolleres smelte- og fordampningsprocessen for materialerne og reducere genereringen af burrs og dross . i faktisk behandling, det er nødvendigt at optimere kombinationen af skæringshastighed og frekvens gennem eksperimenter i henhold til tykkene, materialet af materialerne, og udførelsen af laser -udstyr
Anvendelse af hjælpeforanstaltninger
Valg og kontrol af hjælpegas
When cutting highly reflective materials, adding appropriate auxiliary gas can significantly improve the cutting effect. The auxiliary gas reacts chemically with the materials at high temperatures. For example, when oxygen is used as the auxiliary gas, it can undergo an exothermic chemical reaction with metal materials, playing a role in promoting combustion and increasing the cutting Hastighed . nitrogen kan til en vis grad forbedre kvaliteten af skæreoverfladen og forhindre oxidation . Derudover kan hjælpegass Proces . Forskellige meget reflekterende materialer og skæretykkelser kræver matchende forskellige hjælpegasparametre .
Overfladeforbehandling af materialer
Performing surface pretreatment on highly reflective materials, such as sandblasting and roughening, can reduce the surface reflectivity of the materials and increase their absorption rate of laser. Through surface pretreatment, tiny concave-convex structures are formed on the material surface. When the laser irradiates, the light is reflected and scattered multiple times in these concave-convex structures, Forøgelse af muligheden for materialerne til at absorbere laseren . For eksempel, efter at have sandblæsning af aluminiumspladen, øges dens absorptionshastighed markant, og skæreffekten forbedres markant .
Konklusion
På grund af deres unikke fysiske egenskaber har meget reflekterende materialer flere negative påvirkninger på skæreeffekten af laserskæremaskiner, herunder et fald i skærekvalitet, en reduktion i skæreeffektivitet og øget udstyrslid . Dog gennem optimering af laserudstyr, såsom vedtagelse af New-Type Lasers og optimering af fiberudgangsudgangen gennem optimering af laserudstyr, såsom vedtagelse af New-Type Lasers og optimering af fiberudgangsudgangen; den rimelige justering af procesparametre, der nøjagtigt kontrollerer laserkraften, energi, skærehastighed og frekvens; og anvendelsen af effektive hjælpemål, såsom valg af passende hjælpegasser og udførelse
Med den kontinuerlige udvikling og innovation af teknologi antages det, at der vil blive opnået flere gennembrud inden for laserskæring af stærkt reflekterende materialer i fremtiden, hvilket yderligere udvider applikationsområdet for laserskæreteknologi og fremmer udviklingen af relaterede industrier .
-- Rayther Laser Jack Sun --