Laserskärningansökan
Snabbt axiellt flöde CO2-lasrar används mest för laserskärning av metallmaterial, främst på grund av deras goda strålkvalitet. Även om reflektionsförmågan hos de flesta metaller till CO2-laserstrålar är ganska hög, ökar reflektiviteten hos metallytan vid rumstemperatur med ökningen av temperatur och oxidationsgrad. När metallytan är skadad är metallens reflektionsförmåga nära 1. För metalllaserskärning krävs en högre medeleffekt, och endast högeffekts CO2-lasrar har detta tillstånd.
1. Laserskärning av stålmaterial
1.1 CO2-kontinuerlig laserskärning De viktigaste processparametrarna för CO2-kontinuerlig laserskärning inkluderar lasereffekt, typ och tryck på hjälpgas, skärhastighet, brännpunkt, brännvidd och munstyckshöjd.
(1) Laserkraft Laserkraft har stor inverkan på skärtjocklek, skärhastighet och snittbredd. När andra parametrar är konstanta, minskar skärhastigheten med ökningen av skärplåtens tjocklek och ökar med ökningen av lasereffekten. Med andra ord, ju större laserkraft, desto tjockare plåt som kan skäras, desto snabbare skärhastighet och desto något större snittbredd.
(2) Typ och tryck på hjälpgas Vid skärning av lågkolhaltigt stål används CO2 som hjälpgas för att utnyttja värmen från järn-syreförbränningsreaktionen för att främja skärprocessen. Skärhastigheten är hög och snittkvaliteten är bra, speciellt snittet utan klibbig slagg kan erhållas. Vid skärning av rostfritt stål används CO2. Slagg är lätt att fästa på den nedre delen av snittet. CO2 + N2 blandad gas eller dubbelskiktsgasflöde används ofta. Hjälpgasens tryck har en betydande effekt på skäreffekten. Lämplig ökning av gastrycket kan öka skärhastigheten utan klibbig slagg på grund av ökningen av gasflödets momentum och förbättringen av slaggavlägsnande kapacitet. Men om trycket är för högt blir snittytan grov. Effekten av syretrycket på den genomsnittliga grovheten av snittytan visas i figuren nedan.
Kroppstrycket beror också på plåttjockleken. Vid skärning av lågkolhaltigt stål med en 1kW CO2-laser visas förhållandet mellan syretryck och plåttjocklek i figuren nedan.
(3) Skärhastighet Skärhastigheten har en betydande inverkan på skärkvaliteten. Under vissa förhållanden av laserkraft finns det motsvarande övre och nedre kritiska värden för god skärhastighet vid skärning av lågkolhaltigt stål. Om skärhastigheten är högre eller lägre än det kritiska värdet uppstår slaggfasthet. När skärhastigheten är låg förlängs verkanstiden för oxidationsreaktionsvärmen på skäreggen, skärets bredd ökas och skärytan blir grov. När skärhastigheten ökar, blir snittet gradvis smalare tills bredden på det övre snittet motsvarar fläckens diameter. Vid denna tidpunkt är snittet något kilformat, brett upptill och smalt nedtill. När skärhastigheten fortsätter att öka, fortsätter bredden på det övre snittet att bli mindre, men den nedre delen av snittet blir relativt bredare och blir en inverterad kilform.
(5) Fokusdjup
Fokusdjupet har en viss inverkan på skärytans kvalitet och skärhastigheten. Vid skärning av relativt stora stålplåtar bör en balk med stort bränndjup användas; vid skärning av tunna plåtar bör en stråle med litet bränndjup användas.
(6) Munstyckshöjd
Munstyckshöjden hänför sig till avståndet från ändytan på hjälpgasmunstycket till arbetsstyckets övre yta. Munstyckets höjd är stor, och momentumet för det utkastade hjälpluftflödet är lätt att fluktuera, vilket påverkar skärkvaliteten och hastigheten. Därför, vid laserskärning, är munstyckets höjd generellt minimerad, vanligtvis 0,5 ~ 2,0 mm.
① Laser aspekter
a. Öka laserkraften. Att utveckla kraftfullare lasrar är ett direkt och effektivt sätt att öka skärtjockleken.
b. Pulsbearbetning. Pulsade lasrar har mycket hög toppeffekt och kan penetrera tjocka stålplåtar. Användning av högfrekvent, smal pulsbredds pulslaserskärningsteknik kan skära tjocka stålplåtar utan att öka lasereffekten, och snittstorleken är mindre än den för kontinuerlig laserskärning.
c. Använd nya lasrar
②Optiskt system
a. Adaptivt optiskt system. Skillnaden mot traditionell laserskärning är att den inte behöver placera fokus under skärytan. När fokuspositionen fluktuerar upp och ner några millimeter längs stålplåtens tjockleksriktning kommer brännvidden i det adaptiva optiska systemet att ändras med skiftningen av fokuspositionen. Upp- och nedförändringarna i brännvidd sammanfaller med den relativa rörelsen mellan lasern och arbetsstycket, vilket gör att fokusläget ändras upp och ned längs arbetsstyckets djup. Denna skärprocess där fokuspositionen ändras med yttre förhållanden kan ge högkvalitativa skärningar. Nackdelen med denna metod är att skärdjupet är begränsat, vanligtvis inte mer än 30 mm.
b. Bifokal skärteknik. En speciell lins används för att fokusera strålen två gånger på olika delar. Som visas i figur 4.58 är D diametern på linsens mittdel och är diametern på linsens kantdel. Krökningsradien i mitten av linsen är större än det omgivande området och bildar ett dubbelfokus. Under skärprocessen är det övre fokuset placerat på den övre ytan av arbetsstycket, och det nedre fokuset är beläget nära den nedre ytan av arbetsstycket. Denna speciella laserskärningsteknik med dubbla fokus har många fördelar. För skärning av mjukt stål kan den inte bara upprätthålla en högintensiv laserstråle på metallens övre yta för att uppfylla de villkor som krävs för att materialet ska antändas, utan också upprätthålla en högintensiv laserstråle nära metallens nedre yta för att uppfylla kraven för tändning. Behovet av att producera rena skär över hela området av materialtjocklekar. Denna teknik utökar spektrumet av parametrar för att erhålla högkvalitativa skärningar. Till exempel att använda en 3kW CO2. laser, den konventionella skärtjockleken kan bara nå 15 ~ 20 mm, medan skärtjockleken med dubbelfokusskärningsteknik kan nå 30 ~ 40 mm.
③ Munstycke och extra luftflöde
Rimligt utforma munstycket för att förbättra luftflödets fältegenskaper. Diametern på överljudsmunstyckets innervägg krymper först och expanderar sedan, vilket kan generera överljudsluftflöde vid utloppet. Lufttrycket kan vara mycket högt utan att generera stötvågor. När man använder ett överljudsmunstycke för laserskärning är skärkvaliteten också idealisk. Eftersom överljudsmunstyckets skärtryck på arbetsstyckets yta är relativt stabilt är det särskilt lämpligt för laserskärning av tjocka stålplåtar.
Posttid: 2024-jul-18
