Analýza procesov laserového rezania zliatin titánu - Blog

Od svojho prvého použitia v priemyselnej výrobe v 70. rokoch sa laserové rezanie vyvinulo do jednej z najdôležitejších technológií tepelného rezania v modernom spracovaní materiálov. Jeho aplikácie zahŕňajú širokú škálu materiálov, vrátanezliatiny titánu, plasty, sklo, keramika, polovodiče, textil, drevo a papier a zohráva nezastupiteľnú úlohu v mnohých priemyselných odvetviach, ako je automobilový, letecký, elektronický a ľahký priemysel.

I. Základné princípy procesu

Základný proces rezania laserom je nasledovný: Na povrch obrobku smeruje zaostrený laserový lúč s vysokou -výkonnou{1}}hustotou. Materiál v ožiarenej oblasti rýchlo absorbuje svetelnú energiu a premieňa ju na tepelnú energiu, čo spôsobuje prudký nárast teploty až k bodu topenia alebo dokonca bodu varu, čo vedie k lokalizovanému topeniu alebo odparovaniu materiálu. Akonáhle laserový lúč prenikne do obrobku, proces rezania sa skutočne začne-, lúč sa pohybuje pozdĺž vopred nastaveného obrysu a nepretržite taví materiál pozdĺž dráhy, ktorá sa má oddeliť. Súčasne je do rezu vháňaný pomocný plyn (typicky stlačený vzduch alebo špecifický procesný plyn) pod určitým tlakom, aby sa roztavený materiál rýchlo odstránil, čím sa vytvorí úzka medzera medzi rezaným kusom a základným materiálom, ktorá má približne rovnakú šírku ako priemer zaostreného laserového bodu, čím sa dosiahne presné oddelenie.

II. Hlavné kategórie procesov a technické charakteristiky

Na základe typu pomocného plynu a mechanizmu odstraňovania materiálu možno rezanie laserom rozdeliť do nasledujúcich štandardných režimov procesu. (1) Rezanie plameňom Rezanie plameňom je štandardný proces spracovania nízkouhlíkovej-ocele. Tento proces využíva ako pomocný plyn kyslík, pričom tlaky dosahujú až 6 barov. Jeho základný mechanizmus je nasledujúci: potom, čo laserový lúč zahreje kov na bod vznietenia, kyslík prudko reaguje s kovom s vysokou teplotou prostredníctvom oxidácie (tj spaľovania). Pri tejto reakcii sa uvoľňuje veľké množstvo chemickej energie (až päťnásobok energie samotného lasera) a spolu s laserovým lúčom táto energia uľahčuje tavenie aj odstraňovanie materiálu. Tento synergický efekt „termochemickej reakcie plus laserového ohrevu“ poskytuje pri spracovaní hrubých-plechov-uhlíkovej ocele výhody z hľadiska účinnosti a{11}}hospodárnosti.

(2) Tavné rezanie Tavné rezanie je jedným z najpoužívanejších procesov rezania kovov a je vhodné aj pre taviteľné ne-kovové materiály, ako je keramika. Tento proces využíva dusík alebo argón ako pomocný plyn s rozsahom tlaku 2–20 barov. Dusík aj argón sú inertné plyny; nereagujú chemicky s roztaveným kovom počas rezania, ale jednoducho používajú fyzikálnu silu fúkania na vytlačenie roztaveného materiálu z rezu. Inertný plyn zároveň vytvára na reznej hrane ochrannú atmosféru, ktorá účinne zabraňuje oxidácii spôsobenej kontaktom medzi vysokou-zónou vysokej teploty a vzduchom, čím vytvára čistý povrch rezu-bez vodného kameňa.

(3) Rezanie stlačeným vzduchom Na spracovanie tenkých plechových materiálov možno použiť stlačený vzduch priamo ako zdroj rezného plynu. Tlak plynu je zvyčajne nastavený na 5–6 bar, čo je dostatočné na efektívne vyfukovanie roztaveného materiálu z rezu. Keďže približne 78 % vzduchu tvorí dusík, jeho rezací mechanizmus je v podstate rovnaký ako pri tavnom rezaní; kyslík obsiahnutý vo vzduchu však môže za určitých podmienok spôsobiť miernu oxidáciu. Tento proces sa preto primárne používa na aplikácie s tenkými-vrstvami, kde požiadavky na oxidáciu nie sú prísne, čo ponúka výhody z hľadiska ceny aj pohodlia.

(4) Plazmové-asistované rezanie Keď sú parametre procesu správne zladené, počas procesu tavného rezania sa môže vytvoriť plazmový oblak-zložený z ionizovanej kovovej pary a rezného plynu-. Tento plazmový oblak efektívne absorbuje energiu z CO₂ laserového lúča a opätovne ju vyžaruje na povrch obrobku, čím umožňuje priviesť viac energie do vnútra materiálu a urýchľuje proces tavenia, čím sa výrazne zvyšuje rýchlosť rezania. Z tohto dôvodu je tento proces známy aj ako vysokorýchlostné plazmové rezanie-. Treba poznamenať, že plazmový oblak je priehľadný pre lasery v tuhom stave (ako sú vláknové lasery) a nemôže zvýšiť energetickú väzbu; preto je tento proces použiteľný len pre CO₂ lasery.

(5) Rezanie odparovaním: Rezanie odparovaním dosahuje oddelenie priamou sublimáciou materiálu, čím sa minimalizuje tepelne-ovplyvnená zóna. V prípade materiálov s nízkym výparným teplom a vysokou mierou absorpcie (ako sú tenké plastové fólie, drevo, papier, pena a iné -netaviteľné materiály) možno dosiahnuť čisté rezanie odparovaním pomocou kontinuálneho-vlnného CO₂ lasera. Zavedenie ultrakrátkych-pulzných laserov (pikosekundové a femtosekundové úrovne) rozšírilo rezanie odparovaním do oblasti kovových materiálov. Mechanizmus je nasledovný: v dôsledku extrémne krátkeho trvania ultrakrátkych impulzov voľné elektróny v kove rýchlo absorbujú laserovú energiu a prudko sa zahrievajú; materiál sublimuje priamo predtým, ako sa teplo môže preniesť do okolitej kryštálovej mriežky. Tento proces nezahŕňa žiadne tavenie, žiadne otrepy a žiadnu výrazne tepelne-ovplyvnenú oblasť, čím sa dosahuje „spracovanie za studena“ v pravom zmysle slova. Je obzvlášť vhodný na mikrovýrobu presných komponentov a materiálov citlivých na teplo.

IV. Záver

Rôzne procesné cesty technológie laserového rezania poskytujú presné riešenia pre scenáre spracovania zahŕňajúce rôzne materiály, hrúbky a požiadavky na kvalitu. Od rezania plameňom, ktorému dominujú termochemické reakcie, cez rezanie tavením pod ochranou inertným plynom až po rezanie odparovaním poháňané ultrakrátkymi impulzmi, každý proces zodpovedá odlišným fyzikálnym mechanizmom a aplikačným hraniciam. Hlboké pochopenie vnútorných vzťahov medzi týmito klasifikáciami a parametrami je predpokladom pre optimalizáciu kvality rezu a zlepšenie efektivity spracovania a slúži tiež ako základ pre pokrok technológie laserovej výroby smerom k vyššej presnosti a efektívnosti.

Lser cutting titanium sheet Titanium Sheet for sale