Laserskärningansökan
Snabb axialflödes-CO2-lasrar används mestadels för laserskärning av metallmaterial, främst på grund av deras goda strålkvalitet. Även om de flesta metallers reflektionsförmåga gentemot CO2-laserstrålar är ganska hög, ökar metallytans reflektionsförmåga vid rumstemperatur med ökande temperatur och oxidationsgrad. När metallytan är skadad är metallens reflektionsförmåga nära 1. För metalllaserskärning krävs en högre genomsnittlig effekt, och endast högeffekts-CO2-lasrar har detta tillstånd.
1. Laserskärning av stålmaterial
1.1 Kontinuerlig CO2-laserskärning De viktigaste processparametrarna för kontinuerlig CO2-laserskärning inkluderar lasereffekt, typ och tryck av hjälpgas, skärhastighet, fokusposition, fokusdjup och munstyckshöjd.
(1) Lasereffekt Lasereffekten har stor inverkan på skärtjocklek, skärhastighet och snittbredd. När andra parametrar är konstanta minskar skärhastigheten med ökande skärplattans tjocklek och ökar med ökande lasereffekt. Med andra ord, ju större lasereffekten är, desto tjockare platta kan skäras, desto snabbare skärhastighet och desto något större snittbredd.
(2) Typ och tryck av hjälpgas Vid skärning av lågkolstål används CO2 som hjälpgas för att utnyttja värmen från förbränningsreaktionen mellan järn och syre för att främja skärprocessen. Skärhastigheten är hög och snittkvaliteten är god, särskilt snitt utan klibbig slagg kan erhållas. Vid skärning av rostfritt stål används CO2. Slagg fastnar lätt på den nedre delen av snittet. CO2 + N2-blandad gas eller dubbelskiktsgasflöde används ofta. Hjälpgastrycket har en betydande effekt på skäreffekten. Genom att öka gastrycket på lämpligt sätt kan skärhastigheten utan klibbig slagg ökas på grund av ökningen av gasflödets momentum och förbättringen av slaggborttagningskapaciteten. Men om trycket är för högt blir skärytan ojämn. Effekten av syretryck på snittytans genomsnittliga ojämnhet visas i figuren nedan.
Kroppstrycket beror också på plattans tjocklek. Vid skärning av lågkolstål med en 1 kW CO2-laser visas förhållandet mellan syretryck och plattans tjocklek i figuren nedan.
(3) Skärhastighet Skärhastigheten har en betydande inverkan på skärkvaliteten. Under vissa förhållanden för lasereffekt finns det motsvarande övre och nedre kritiska värden för god skärhastighet vid skärning av lågkolstål. Om skärhastigheten är högre eller lägre än det kritiska värdet kommer slagg att fastna. När skärhastigheten är långsam förlängs verkningstiden för oxidationsvärmen på skäreggen, skärbredden ökar och skärytan blir ojämn. Allt eftersom skärhastigheten ökar blir snittet gradvis smalare tills bredden på det övre snittet är lika med fläckens diameter. Vid denna tidpunkt är snittet något kilformat, brett upptill och smalt nedtill. Allt eftersom skärhastigheten fortsätter att öka fortsätter bredden på det övre snittet att bli mindre, men den nedre delen av snittet blir relativt bredare och får en inverterad kilform.
(5) Fokusdjup
Fokusdjupet har en viss inverkan på skärytans kvalitet och skärhastigheten. Vid skärning av relativt stora stålplåtar bör en stråle med stort fokusdjup användas; vid skärning av tunna plåtar bör en stråle med litet fokusdjup användas.
(6) Munstyckshöjd
Munstyckshöjden avser avståndet från ändytan på hjälpgasmunstycket till arbetsstyckets övre yta. Munstyckshöjden är stor, och momentumet hos det utstötta hjälpluftflödet varierar lätt, vilket påverkar skärkvaliteten och hastigheten. Därför minimeras munstyckshöjden vid laserskärning generellt, vanligtvis 0,5~2,0 mm.
① Laseraspekter
a. Öka lasereffekten. 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. Genom att använda högfrekvent pulslaserskärteknik med smal pulsbredd kan tjocka stålplåtar skäras utan att öka lasereffekten, och snittstorleken är mindre än vid kontinuerlig laserskärning.
c. Använd nya lasrar
②Optiskt system
a. Adaptivt optiskt system. Skillnaden mot traditionell laserskärning är att fokus inte behöver placeras under skärytan. När fokuspositionen fluktuerar upp och ner några millimeter längs stålplåtens tjockleksriktning, kommer brännvidden i det adaptiva optiska systemet att ändras med fokuspositionens förskjutning. Upp- och nedförändringarna i brännvidd sammanfaller med den relativa rörelsen mellan lasern och arbetsstycket, vilket gör att fokuspositionen ändras upp och ner längs arbetsstyckets djup. Denna skärprocess där fokuspositionen ändras med yttre förhållanden kan producera högkvalitativa snitt. 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 ställen. Som visas i figur 4.58 är D diametern på linsens mittdel och diametern på linsens kantdel. Krökningsradien vid linsens mitt är större än det omgivande området, vilket bildar ett dubbelt fokus. Under skärprocessen är det övre fokuset placerat på arbetsstyckets övre yta och det nedre fokuset är placerat nära arbetsstyckets nedre yta. Denna speciella laserskärteknik med dubbelt fokus har många fördelar. För skärning av kolstål kan den inte bara bibehålla en högintensiv laserstråle på metallens övre yta för att uppfylla de villkor som krävs för att materialet ska antändas, utan också bibehålla en högintensiv laserstråle nära metallens nedre yta för att uppfylla kraven för antändning. Behovet av att producera rena snitt över hela materialtjockleksområdet. Denna teknik utökar parameterområdet för att erhålla högkvalitativa snitt. Till exempel, med hjälp av en 3 kW CO2. laser, kan den konventionella skärtjockleken endast nå 15~20 mm, medan skärtjockleken med dubbelfokusskärteknik kan nå 30~40 mm.
③Munstycke och hjälpluftflöde
Utforma munstycket på ett rimligt sätt för att förbättra luftflödesfältets egenskaper. Diametern på innerväggen i supersoniska munstycket krymper först och expanderar sedan, vilket kan generera supersoniskt luftflöde vid utloppet. Lufttrycket kan vara mycket högt utan att generera chockvågor. När man använder ett supersoniskt munstycke för laserskärning är skärkvaliteten också idealisk. Eftersom supersoniska munstyckets skärtryck på arbetsstyckets yta är relativt stabilt är det särskilt lämpligt för laserskärning av tjocka stålplåtar.
Publiceringstid: 18 juli 2024
