Technologia cięcia laserowego dwutlenku węgla jest szeroko stosowana w produkcji przemysłowej Chin i nadal ma duży potencjał w dziedzinie technologii cięcia z dużą prędkością i grubej blachy stalowej.Proces cięcia laserowego obejmuje głównie cięcie przez stapianie, cięcie z odparowaniem, topienie utleniające i kontrolowanie pękania.Omówmy zasady i cechy każdego z czterech procesów.
Cięcie ze stopu
Cięcie metodą stapiania służy do podgrzewania materiału padającą wiązką lasera.Gdy gęstość mocy wiązki laserowej przekroczy określoną wartość, napromieniowana część materiału zacznie odparowywać wewnętrznie, tworząc w ten sposób bardzo mały otwór.Takie otwory dodatkowo pochłaniają energię lasera, topiąc metalowe ściany, które strzeże.Jednocześnie pomocniczy przepływ powietrza zgodny z wiązką odprowadza stopiony materiał wokół otworu.Gdy obrabiany przedmiot się porusza, w metalowej powierzchni można wyciąć szczelinę.
Cięcie odparowujące
Cięcie z odparowaniem wymaga większej mocy wiązki laserowej niż cięcie metodą fuzji.Pod taką belką cięty materiał może bezpośrednio osiągnąć temperaturę wrzenia bez topnienia.W ten sposób materiał może zostać utracony w stanie pary, która unosi stopione cząstki i szoruje zanieczyszczenia, tworząc pory.Podczas parowania około 40 procent materiału jest tracone w postaci pary, a kolejne 60 procent jest usuwane przez strumień powietrza w postaci kropelek, które następnie są wydmuchiwane z dna szczeliny jako wyrzut.W procesie obróbki można napotkać wiele nietopliwych materiałów, takich jak drewno i materiały węglowe, które można przetworzyć w tym procesie cięcia.
Topnienie utleniające
Cięcie termojądrowe odbywa się przy użyciu gazów reaktywnych, takich jak tlen, jako przepływ pomocniczy.Podczas cięcia powierzchnia materiału jest podgrzewana do temperatury punktu zapłonu pod napromieniowaniem wiązką laserową, po czym następuje intensywna reakcja spalania z tlenem i uwalniana jest duża ilość ciepła.Ciepło to ogrzewa materiał, tworząc małe otwory wypełnione parą wewnątrz i topi metalowe ściany otaczające otwory.
Szybkość spalania metalu w tlenie jest kontrolowana przez przenoszenie materiału spalania do żużla, ponieważ szybkość spalania jest bezpośrednio określana przez to, jak szybko tlen dyfunduje przez żużel do czoła zapłonu.Im wyższe natężenie przepływu tlenu, tym intensywniejsza reakcja spalania i im szybsze usuwanie żużla, tym większą prędkość skrawania można osiągnąć.Oczywiście im większe natężenie przepływu tlenu, tym lepiej, ponieważ zbyt duże natężenie przepływu może prowadzić do gwałtownego ochłodzenia produktu reakcji na wylocie szczeliny, czyli tlenku metalu, co jest bardzo niekorzystne dla jakości cięcia.
W tym procesie cięcia metal topi się za pomocą dwóch źródeł ciepła, jednego z promieniowania laserowego, a drugiego z reakcji chemicznej tlenu z metalem.Szacuje się, że około 60% całkowitej energii potrzebnej do cięcia stali jest uwalniane w wyniku reakcji utleniania.Dlatego szybkość spalania tlenu i prędkość poruszania się wiązki laserowej muszą być dokładnie obliczone, aby uzyskać idealne dopasowanie.Jeśli tlen spala się szybciej niż porusza się wiązka lasera, szczelina wydaje się szeroka i szorstka.Jeśli wiązka lasera porusza się szybciej niż spala się tlen, powstała szczelina jest wąska i gładka.
Kontrola złamania
Kontrolowane pękanie to szybkie, kontrolowane odcinanie materiału przez ogrzewanie wiązką laserową.Ten proces jest bardzo skuteczny w przypadku kruchych materiałów, które łatwo ulegają zniszczeniu pod wpływem ciepła.Specyficzny proces to: wiązka lasera służy do podgrzania niewielkiego obszaru kruchego materiału, powodując duży gradient termiczny i poważne odkształcenia mechaniczne w tym obszarze, powodujące powstawanie pęknięć w materiale.Dopóki gradient nagrzewania jest zrównoważony, wiązka lasera może kierować pęknięcia w dowolnym kierunku.
Warto zauważyć, że ten rodzaj kontrolowanego cięcia z pęknięciem nie nadaje się do cięcia ostrego kąta i krawędzi tnącej narożnik.Odcięcie nadwymiarowego zamkniętego kształtu nie jest łatwe.Prędkość cięcia kontrolnego pęknięcia jest szybka, nie wymaga zbyt dużej mocy, w przeciwnym razie spowoduje stopienie powierzchni przedmiotu obrabianego, zniszczenie krawędzi szwu.Główne parametry kontrolne to moc lasera i rozmiar plamki.
