Laserskæring og dets bearbejdningssystem

Laserskæringanvendelse

Hurtigaksiale CO2-lasere bruges mest til laserskæring af metalmaterialer, primært på grund af deres gode strålekvalitet. Selvom de fleste metallers reflektionsevne over for CO2-laserstråler er ret høj, øges metaloverfladens reflektionsevne ved stuetemperatur med stigende temperatur og oxidationsgrad. Når metaloverfladen er beskadiget, er metallets reflektionsevne tæt på 1. Til metallaserskæring er en højere gennemsnitseffekt nødvendig, og kun højtydende CO2-lasere har denne betingelse.

1. Laserskæring af stålmaterialer

1.1 Kontinuerlig CO2-laserskæring De vigtigste procesparametre for kontinuerlig CO2-laserskæring omfatter lasereffekt, type og tryk af hjælpegas, skærehastighed, fokusposition, fokusdybde og dysehøjde.

(1) Lasereffekt Lasereffekten har stor indflydelse på skæretykkelse, skærehastighed og snitbredde. Når andre parametre er konstante, falder skærehastigheden med stigende skærepladetykkelse og stiger med stigende lasereffekt. Med andre ord, jo større lasereffekten er, desto tykkere er den plade, der kan skæres, desto hurtigere er skærehastigheden, og desto lidt større er snitbredden.

(2) Type og tryk af hjælpegas Ved skæring af lavkulstofstål anvendes CO2 som hjælpegas for at udnytte varmen fra jern-ilt-forbrændingsreaktionen til at fremme skæreprocessen. Skærehastigheden er høj, og snitkvaliteten er god, især kan der opnås snit uden klæbrig slagge. Ved skæring af rustfrit stål anvendes CO2. Slagge klæber let til den nederste del af snittet. CO2 + N2 blandet gas eller dobbeltlagsgasstrømning anvendes ofte. Hjælpegastrykket har en betydelig effekt på skæreeffekten. En passende forøgelse af gastrykket kan øge skærehastigheden uden klæbrig slagge på grund af øget gasstrømningsmomentum og forbedring af slaggefjernelseskapaciteten. Men hvis trykket er for højt, bliver snitfladen ru. Effekten af ​​ilttryk på den gennemsnitlige ruhed af snitfladen er vist i figuren nedenfor.

Kropstrykket afhænger også af pladetykkelsen. Ved skæring i lavkulstofstål med en 1 kW CO2-laser er forholdet mellem ilttryk og pladetykkelse vist i figuren nedenfor.

(3) Skærehastighed Skærehastigheden har en betydelig indflydelse på skærekvaliteten. Under visse forhold for lasereffekt er der tilsvarende øvre og nedre kritiske værdier for god skærehastighed ved skæring i lavkulstofstål. Hvis skærehastigheden er højere eller lavere end den kritiske værdi, vil der opstå slaggeklæbning. Når skærehastigheden er langsom, forlænges virkningstiden for oxidationsreaktionsvarmen på skærekanten, skærets bredde øges, og skærefladen bliver ru. Efterhånden som skærehastigheden stiger, bliver snittet gradvist smallere, indtil bredden af ​​det øvre snit svarer til punktets diameter. På dette tidspunkt er snittet let kileformet, bredt foroven og smalt forneden. Efterhånden som skærehastigheden fortsætter med at stige, fortsætter bredden af ​​det øvre snit med at blive mindre, men den nedre del af snittet bliver relativt bredere og får en omvendt kileform.

(5) Fokusdybde

Fokusdybden har en vis indflydelse på skærefladen og skærehastigheden. Ved skæring af relativt store stålplader bør der anvendes en bjælke med stor fokusdybde; ved skæring af tynde plader bør der anvendes en bjælke med lille fokusdybde.

(6) Dysehøjde

Dysehøjden refererer til afstanden fra endefladen af ​​hjælpegasdysen til emnets øvre overflade. Dysens højde er stor, og momentummet i den udstødte hjælpeluftstrøm varierer let, hvilket påvirker skærekvaliteten og hastigheden. Derfor minimeres dysehøjden generelt ved laserskæring, normalt 0,5~2,0 mm.

① Laseraspekter

a. Øg laserens effekt. Udvikling af kraftigere lasere er en direkte og effektiv måde at øge skæretykkelsen på.

b. Pulsbehandling. Pulserende lasere har en meget høj peak-effekt og kan trænge igennem tykke stålplader. Anvendelse af højfrekvent pulslaserskæringsteknologi med smal pulsbredde kan skære tykke stålplader uden at øge lasereffekten, og snitstørrelsen er mindre end ved kontinuerlig laserskæring.

c. Brug nye lasere

②Optisk system

a. Adaptivt optisk system. Forskellen fra traditionel laserskæring er, at fokus ikke behøver at placeres under skærefladen. Når fokuspositionen svinger op og ned et par millimeter langs stålpladens tykkelsesretning, vil brændvidden i det adaptive optiske system ændre sig med forskydningen af ​​fokuspositionen. Ændringerne i brændvidden op og ned falder sammen med den relative bevægelse mellem laseren og emnet, hvilket får fokuspositionen til at ændre sig op og ned langs emnets dybde. Denne skæreproces, hvor fokuspositionen ændrer sig med eksterne forhold, kan producere snit af høj kvalitet. Ulempen ved denne metode er, at skæredybden er begrænset, generelt ikke mere end 30 mm.

b. Bifokal skæreteknologi. En speciel linse bruges til at fokusere strålen to gange på forskellige steder. Som vist i figur 4.58 er D diameteren af ​​linsens midterste del og diameteren af ​​linsens kantdel. Krumningsradius i linsens centrum er større end det omgivende område, hvilket danner et dobbelt fokus. Under skæreprocessen er det øvre fokus placeret på emnets overside, og det nedre fokus er placeret nær emnets underside. Denne specielle dobbeltfokus laserskæreteknologi har mange fordele. Til skæring af blødt stål kan den ikke kun opretholde en højintensitetslaserstråle på metallets overside for at opfylde de betingelser, der kræves for at materialet kan antændes, men også opretholde en højintensitetslaserstråle nær metallets underside for at opfylde kravene til antændelse. Behovet for at producere rene snit på tværs af hele materialetykkelsesområdet. Denne teknologi udvider parameterområdet for at opnå snit af høj kvalitet. For eksempel ved brug af en 3 kW CO2. laser, kan den konventionelle skæretykkelse kun nå 15~20 mm, mens skæretykkelsen ved brug af dobbeltfokusskæreteknologi kan nå 30~40 mm.

③Dyse og hjælpeluftstrøm

Design dysen på en rimelig måde for at forbedre luftstrømningsfeltets egenskaber. Diameteren af ​​den indvendige væg i den supersoniske dyse krymper først og udvider sig derefter, hvilket kan generere supersonisk luftstrøm ved udløbet. Lufttilførselstrykket kan være meget højt uden at generere stødbølger. Når man bruger en supersonisk dyse til laserskæring, er skærekvaliteten også ideel. Da skæretrykket fra den supersoniske dyse på emnets overflade er relativt stabilt, er den især velegnet til laserskæring af tykke stålplader.