Laserskjæring og prosesseringssystem

Laserskjæringsøknad

Hurtigaksial CO2-lasere brukes mest til laserskjæring av metallmaterialer, hovedsakelig på grunn av deres gode strålekvalitet. Selv om reflektiviteten til de fleste metaller overfor CO2-laserstråler er ganske høy, øker reflektiviteten til metalloverflaten ved romtemperatur med økende temperatur og oksidasjonsgrad. Når metalloverflaten er skadet, er metallets reflektivitet nær 1. For metalllaserskjæring er en høyere gjennomsnittlig effekt nødvendig, og bare høyeffekts CO2-lasere har denne tilstanden.

1. Laserskjæring av stålmaterialer

1.1 Kontinuerlig CO2-laserskjæring De viktigste prosessparametrene for kontinuerlig CO2-laserskjæring inkluderer lasereffekt, type og trykk på hjelpegass, skjærehastighet, fokusposisjon, fokusdybde og dysehøyde.

(1) Laserkraft Laserkraft har stor innflytelse på skjæretykkelse, skjærehastighet og snittbredde. Når andre parametere er konstante, avtar skjærehastigheten med økende skjæreplatetykkelse og øker med økende laserkraft. Med andre ord, jo større laserkraft, desto tykkere plate kan skjæres, desto raskere skjærehastighet og desto litt større snittbredde.

(2) Type og trykk av hjelpegass Ved skjæring av lavkarbonstål brukes CO2 som hjelpegass for å utnytte varmen fra jern-oksygenforbrenningsreaksjonen for å fremme skjæreprosessen. Skjærehastigheten er høy og snittkvaliteten er god, spesielt snitt uten klebrig slagg kan oppnås. Ved skjæring av rustfritt stål brukes CO2. Slagg fester seg lett til den nedre delen av snittet. CO2 + N2 blandet gass eller dobbeltlags gasstrøm brukes ofte. Trykket til hjelpegassen har en betydelig effekt på skjæreeffekten. Riktig økning av gasstrykket kan øke skjærehastigheten uten klebrig slagg på grunn av økningen i gasstrømningsmomentum og forbedring av slaggfjerningskapasiteten. Men hvis trykket er for høyt, blir skjæreflaten ru. Effekten av oksygentrykk på den gjennomsnittlige ruheten til snittflaten er vist i figuren nedenfor.

Kroppstrykket avhenger også av platetykkelsen. Ved kutting av lavkarbonstål med en 1 kW CO2-laser vises forholdet mellom oksygentrykk og platetykkelse i figuren nedenfor.

(3) Skjærehastighet Skjærehastigheten har en betydelig innvirkning på skjærekvaliteten. Under visse forhold med laserkraft finnes det tilsvarende øvre og nedre kritiske verdier for god skjærehastighet ved skjæring i lavkarbonstål. Hvis skjærehastigheten er høyere eller lavere enn den kritiske verdien, vil slagg feste seg. Når skjærehastigheten er lav, forlenges virkningstiden til oksidasjonsreaksjonsvarmen på skjærekanten, skjærebredden økes, og skjæreoverflaten blir ru. Etter hvert som skjærehastigheten øker, blir snittet gradvis smalere inntil bredden på det øvre snittet tilsvarer diameteren på punktet. På dette tidspunktet er snittet litt kileformet, bredt øverst og smalt nederst. Etter hvert som skjærehastigheten fortsetter å øke, fortsetter bredden på det øvre snittet å bli mindre, men den nedre delen av snittet blir relativt bredere og får en invertert kileform.

(5) Fokusdybde

Fokusdybden har en viss innvirkning på kvaliteten på skjæreflaten og skjærehastigheten. Ved skjæring av relativt store stålplater bør en bjelke med stor brenndybde brukes; ved skjæring av tynne plater bør en bjelke med liten brenndybde brukes.

(6) Dysehøyde

Dysehøyden refererer til avstanden fra endeflaten på hjelpegassdysen til arbeidsstykkets øvre overflate. Dysehøyden er stor, og momentumet til den utstøtte hjelpeluftstrømmen varierer lett, noe som påvirker skjærekvaliteten og hastigheten. Derfor er dysehøyden generelt minimert ved laserskjæring, vanligvis 0,5 ~ 2,0 mm.

① Laseraspekter

a. Øk lasereffekten. Å utvikle kraftigere lasere er en direkte og effektiv måte å øke skjæretykkelsen på.

b. Pulsbehandling. Pulserte lasere har svært høy toppeffekt og kan trenge gjennom tykke stålplater. Ved å bruke høyfrekvent pulslaserskjæreteknologi med smal pulsbredde kan man kutte tykke stålplater uten å øke lasereffekten, og snittstørrelsen er mindre enn ved kontinuerlig laserskjæring.

c. Bruk nye lasere

②Optisk system

a. Adaptivt optisk system. Forskjellen fra tradisjonell laserskjæring er at fokus ikke trenger å plasseres under skjæreflaten. Når fokusposisjonen svinger opp og ned noen få millimeter langs stålplatens tykkelsesretning, vil brennvidden i det adaptive optiske systemet endres med forskyvningen av fokusposisjonen. Endringene i brennvidde opp og ned sammenfaller med den relative bevegelsen mellom laseren og arbeidsstykket, noe som fører til at fokusposisjonen endres opp og ned langs arbeidsstykkets dybde. Denne skjæreprosessen der fokusposisjonen endres med ytre forhold, kan produsere kutt av høy kvalitet. Ulempen med denne metoden er at skjæredybden er begrenset, vanligvis ikke mer enn 30 mm.

b. Bifokal skjæreteknologi. En spesiell linse brukes til å fokusere strålen to ganger på forskjellige steder. Som vist i figur 4.58, er D diameteren til den midtre delen av linsen og D er diameteren til den kantede delen av linsen. Krumningsradiusen i midten av linsen er større enn det omkringliggende området, og danner et dobbelt fokus. Under skjæreprosessen er det øvre fokuset plassert på den øvre overflaten av arbeidsstykket, og det nedre fokuset er plassert nær den nedre overflaten av arbeidsstykket. Denne spesielle laserskjæreteknologien med dobbelt fokus har mange fordeler. For skjæring av mildt stål kan den ikke bare opprettholde en høyintensitetslaserstråle på den øvre overflaten av metallet for å oppfylle betingelsene som kreves for at materialet skal antennes, men også opprettholde en høyintensitetslaserstråle nær den nedre overflaten av metallet for å oppfylle kravene til tenning. Behovet for å produsere rene kutt over hele spekteret av materialtykkelser. Denne teknologien utvider parameterområdet for å oppnå kutt av høy kvalitet. For eksempel ved bruk av en 3 kW CO2. laser, kan den konvensjonelle skjæretykkelsen bare nå 15~20 mm, mens skjæretykkelsen ved bruk av dobbeltfokusskjæreteknologi kan nå 30~40 mm.

③Dyse og hjelpeluftstrøm

Dysen bør designes på en rimelig måte for å forbedre luftstrømningsfeltets egenskaper. Diameteren på den indre veggen i den supersoniske dysen krymper først og utvider seg deretter, noe som kan generere supersonisk luftstrøm ved utløpet. Lufttilførselstrykket kan være veldig høyt uten å generere sjokkbølger. Når man bruker en supersonisk dyse til laserskjæring, er skjærekvaliteten også ideell. Siden skjæretrykket til den supersoniske dysen på arbeidsstykkets overflate er relativt stabilt, er den spesielt egnet for laserskjæring av tykke stålplater.