חיתוך בלייזר ומערכת העיבוד שלו

חיתוך בלייזרבַּקָשָׁה

לייזר CO2 זרימה צירית מהירה משמשים בעיקר לחיתוך לייזר של חומרי מתכת, בעיקר בגלל איכות האלומה הטובה שלהם. למרות שהרפלקטיביות של רוב המתכות לקרני לייזר CO2 גבוהה למדי, ההחזר של משטח המתכת בטמפרטורת החדר עולה עם העלייה בטמפרטורה ובדרגת החמצון. ברגע שמשטח המתכת ניזוק, רפלקטיביות המתכת קרובה ל-1. עבור חיתוך לייזר מתכת, יש צורך בהספק ממוצע גבוה יותר, ורק לייזרים CO2 בעלי הספק גבוה יש מצב זה.

1. חיתוך בלייזר של חומרי פלדה

1.1 חיתוך לייזר רציף CO2 פרמטרי התהליך העיקריים של חיתוך לייזר רציף CO2 כוללים עוצמת לייזר, סוג ולחץ של גז עזר, מהירות חיתוך, מיקום מוקד, עומק מוקד וגובה הזרבובית.

(1) כוח לייזר לכוח הלייזר יש השפעה רבה על עובי החיתוך, מהירות החיתוך ורוחב החתך. כאשר פרמטרים אחרים קבועים, מהירות החיתוך יורדת עם עליית עובי לוח החיתוך ועולה עם עליית כוח הלייזר. במילים אחרות, ככל שעוצמת הלייזר גדולה יותר, כך הצלחת שניתן לחתוך עבה יותר, מהירות החיתוך מהירה יותר ורוחב החתך גדול מעט יותר.

(2) סוג ולחץ של גז עזר בעת חיתוך פלדה דלת פחמן, CO2 משמש כגז עזר כדי לנצל את החום של תגובת שריפת ברזל-חמצן כדי לקדם את תהליך החיתוך. מהירות החיתוך גבוהה ואיכות החתך טובה, במיוחד ניתן לקבל את החתך ללא סיגים דביקים. בעת חיתוך נירוסטה, נעשה שימוש ב-CO2. קל להדביק את הסלג לחלק התחתון של החתך. לעתים קרובות נעשה שימוש בגז מעורב ב-CO2 + N2 או בזרימת גז דו-שכבתית. ללחץ של גז העזר יש השפעה משמעותית על אפקט החיתוך. הגדלת לחץ הגז כראוי יכולה להגביר את מהירות החיתוך ללא סיגים דביקים עקב העלייה במומנטום זרימת הגז ושיפור יכולת הסרת הסיגים. עם זאת, אם הלחץ גבוה מדי, משטח החתך הופך מחוספס. השפעת לחץ החמצן על החספוס הממוצע של משטח החתך מוצגת באיור למטה.

לחץ הגוף תלוי גם בעובי הצלחת. בעת חיתוך פלדה דלת פחמן עם לייזר CO2 של 1kW, הקשר בין לחץ החמצן לעובי הלוח מוצג באיור למטה.

(3) מהירות חיתוך למהירות החיתוך יש השפעה משמעותית על איכות החיתוך. בתנאים מסוימים של כוח לייזר, ישנם ערכים קריטיים עליונים ותחתונים תואמים למהירות חיתוך טובה בעת חיתוך פלדה דלת פחמן. אם מהירות החיתוך גבוהה או נמוכה מהערך הקריטי, תתרחש הידבקות סיגים. כאשר מהירות החיתוך איטית, זמן הפעולה של חום תגובת החמצון על קצה החיתוך מתארך, רוחב החיתוך גדל, ומשטח החיתוך הופך מחוספס. ככל שמהירות החיתוך עולה, החתך הופך בהדרגה צר יותר עד שרוחב החתך העליון שווה ערך לקוטר הנקודה. בשלב זה, החתך מעט בצורת טריז, רחב בחלק העליון וצר בתחתית. ככל שמהירות החיתוך ממשיכה לעלות, רוחב החתך העליון ממשיך להצטמצם, אך החלק התחתון של החתך הופך רחב יותר יחסית והופך לצורת טריז הפוך.

(5) עומק מיקוד

לעומק המיקוד יש השפעה מסוימת על איכות משטח החיתוך ומהירות החיתוך. כאשר חותכים לוחות פלדה גדולים יחסית, יש להשתמש בקורה בעלת עומק מוקד גדול; בעת חיתוך צלחות דקות, יש להשתמש בקורה עם עומק מוקד קטן.

(6) גובה הזרבובית

גובה הזרבובית מתייחס למרחק ממשטח הקצה של פיית הגז העזר למשטח העליון של חומר העבודה. גובה הזרבובית גדול, והתנופה של זרימת האוויר העזר הנפלטת קלה לתנודתיות, מה שמשפיע על איכות ומהירות החיתוך. לכן, בעת חיתוך לייזר, גובה הזרבובית ממוזער בדרך כלל, בדרך כלל 0.5 ~ 2.0 מ"מ.

① היבטי לייזר

א. הגדל את כוח הלייזר. פיתוח לייזרים חזקים יותר הוא דרך ישירה ויעילה להגדלת עובי החיתוך.

ב. עיבוד דופק. ללייזרים פולסים יש כוח שיא גבוה מאוד והם יכולים לחדור ללוחות פלדה עבים. יישום טכנולוגיית חיתוך לייזר בדופק בתדירות גבוהה וברוחב דופק צר יכולה לחתוך לוחות פלדה עבים מבלי להגדיל את כוח הלייזר, וגודל החתך קטן מזה של חיתוך לייזר מתמשך.

ג. השתמש בלייזרים חדשים

②מערכת אופטית

א. מערכת אופטית אדפטיבית. ההבדל מחיתוך לייזר מסורתי הוא שאין צורך למקם את הפוקוס מתחת למשטח החיתוך. כאשר מיקום הפוקוס משתנה למעלה ולמטה בכמה מילימטרים לאורך כיוון העובי של לוח הפלדה, אורך המוקד במערכת האופטית האדפטיבית ישתנה עם הסטת מיקום הפוקוס. השינויים למעלה ולמטה באורך המוקד עולים בקנה אחד עם התנועה היחסית בין הלייזר לחומר העבודה, מה שגורם למיקום הפוקוס להשתנות למעלה ולמטה לאורך עומק חומר העבודה. תהליך חיתוך זה שבו מיקום המיקוד משתנה עם תנאים חיצוניים יכול לייצר חיתוכים באיכות גבוהה. החיסרון של שיטה זו הוא שעומק החיתוך מוגבל, בדרך כלל לא יותר מ-30 מ"מ.

ב. טכנולוגיית חיתוך ביפוקל. עדשה מיוחדת משמשת למיקוד הקרן פעמיים בחלקים שונים. כפי שמוצג באיור 4.58, D הוא הקוטר של החלק המרכזי של העדשה והוא הקוטר של חלק הקצה של העדשה. רדיוס העקמומיות במרכז העדשה גדול מהאזור שמסביב, ויוצר מוקד כפול. במהלך תהליך החיתוך, המוקד העליון ממוקם על המשטח העליון של חומר העבודה, והמוקד התחתון ממוקם ליד המשטח התחתון של חומר העבודה. לטכנולוגיית חיתוך לייזר דו-מיקוד מיוחדת זו יש יתרונות רבים. לחיתוך פלדה עדינה, הוא יכול לא רק לשמור על קרן לייזר בעוצמה גבוהה על המשטח העליון של המתכת כדי לעמוד בתנאים הנדרשים לחומר להתלקח, אלא גם לשמור על קרן לייזר בעוצמה גבוהה ליד המשטח התחתון של המתכת. כדי לעמוד בדרישות ההצתה. הצורך לייצר חתכים נקיים על פני כל טווח עובי החומר. טכנולוגיה זו מרחיבה את מגוון הפרמטרים להשגת חיתוכים באיכות גבוהה. לדוגמה, שימוש ב-CO2 של 3kW. לייזר, עובי החיתוך הקונבנציונלי יכול להגיע רק ל-15~20 מ"מ, בעוד שעובי החיתוך באמצעות טכנולוגיית חיתוך דו-מיקוד יכול להגיע ל-30~40 מ"מ.

③זרבובית וזרימת אוויר עזר

תכנן באופן סביר את הזרבובית כדי לשפר את מאפייני שדה זרימת האוויר. קוטר הדופן הפנימית של הזרבובית העל-קולית מתכווץ תחילה ולאחר מכן מתרחב, מה שיכול ליצור זרימת אוויר על-קולית ביציאה. לחץ אספקת האוויר יכול להיות גבוה מאוד מבלי ליצור גלי הלם. כאשר משתמשים בזרבובית על-קולית לחיתוך לייזר, איכות החיתוך היא גם אידיאלית. מכיוון שלחץ החיתוך של הזרבובית העל-קולית על משטח העבודה יציב יחסית, הוא מתאים במיוחד לחיתוך לייזר של לוחות פלדה עבים.