GrabDuck

Альбом лазерных технологий - лазерная резка: TechnoLaser

:

  ЛАЗЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Лазерная резка

            Лазерная резка - вид лазерной обработки листового  материала, при которой сфокусированный лазерный луч разрушает материал, струя сжатого газа выдувает его из зоны реза, в результате происходит разделение детали на две. В зависимости от интенсивности излучения в зоне реза, вида материала, состава и давления режущего газа можно разделить лазерную резку на несколько видов:

1) Лазерно - кислородная резка.

2) Кислородная резка с поддержкой лазерным лучом (LASOX).

3) Лазерная резка в инертном газе.

4) Лазерное термораскалывание.

5) Лазерная испарительная (сублимационная) резка.

1) Лазерно – кислородная резка.

В этом случае режущим газом является кислород. При взаимодействии кислорода с раскаленным металлом происходит экзотермическая реакция окисления. Так в случае железа, выделившегося тепла обычно в 3-5 раз больше, чем подводимой мощности лазера.

Образующиеся окислы выдуваются этой же струей кислорода.

Характерные особенности процесса:

-Диаметр сфокусированного луча меньше, чем диаметр кислородной струи. Диаметр струи обычно 1-2 мм.

-Ширина реза определяется диаметром сфокусированного луча и скоростью реза. Чем меньше толщина листа и чем выше скорость обработки, тем уже рез. Ширина реза может быть меньше 100 мкм.

-Давление в струе от  3-4 атм при резке тонкого листа до  0.3 атм при резке листа , толщиной 30 мм, причем оно тем меньше, чем больше толщина разрезаемого металла.

-Как правило, лазерная резка осуществляется расширяющимся лучом, т.е точка фокуса всегда расположена выше поверхности металла.

-Зазор между срезом сопла, формирующим струю составляет от 0.5 мм для тонкого листа до 3 мм для листа, толщиной 30мм.

-Чем толще метал, тем меньше скорость реза. Минимальная скорость реза 0.5-0.6 м/мин. Именно этот факт определяет максимальную толщину разрезаемого стального листа. В настоящее время – 30 мм при мощности лазера – 6 кВт.

-При скорости резания меньше, чем 0.5 м/мин качество лазерной резки значительно падает. На  поверхности реза появляются характерные дефекты – вырывы, ширина реза возрастает, процесс переходит в автогенный.

Характерные скорости лазерной резки различных материалов для лазеров , выпускаемых ЗАО "ТехноЛазер" приведены в таблице:

Материалы Толщина
мм
Скорость резки м/мин
ТЛВ-700 ТЛВ-1500 ТЛ-3 ТЛ-5М, ТЛ-6
Сталь
1
5
6
   
4
1
1.5
   
6
 
1
2
 
14
   
1
1.5
20
     
1
25
     
0,6
Нержававеющая
сталь
1
1
     
4
 
1
   
10
   
0,6
1,5
15
     
0,5
Алюминиевые 
сплавы
2
1
 1,2    
6
   
1,5
 
8
     
0,6
Медь
2
   
0.3
 
Латунь
10
     
0,6
ДСП
16
1
2
4
6

Пластик

ПММА

20
0,6
2
   
40
   
1
 
80
   
0.5
 

2) Кислородная резка с поддержкой лазерным лучом (LASOХ)

Для резки толстолистовой стали (прежде всего, в судостроении) в последнее время все шире применяется технология, при которой лазерный луч лишь нагревает поверхность металла до температуры около 1000 градусов перед тем, как на эту поверхность попадает сверхзвуковая струя кислорода. При этом, несмотря на экспоненциальную зависимость скорости окисления металла от температуры, процесс кислородной резки становится стабильным, стенки реза гладкими. Глубина резания значительно возрастает по сравнению с традиционной лазерно-кислородной резкой.

  Характерные особенности кислородной резки с поддержкой лазерным лучом:

-Давление кислорода, необходимое для формирования сверхзвуковой струи большое (6-10 атм.).           

-Диаметр пятна на поверхности металла существенно больше, чем диаметр струи.

-Ширина реза равна диаметру кислородной струи и, как правило, больше 3мм.

-Расстояние между срезом сопла и металлом 6-8 мм.

-Скорость реза около 0,2 м/мин, что существенно ниже скорости лазерно-кислородной резки.

-Толщина разрезаемого металла-до 50 мм при мощности лазерного луча 3 кВт и до 100 мм при мощности лазера 6 кВт.

3) Лазерная резка в инертном газе.

Обычно применяется в тех случаях, когда нежелательно окисление кромок металла, например при резке нержавеющей стали, титана, алюминиевых сплавов. Эффективность резки в инертном газе ниже , чем при лазерно-кислородной резке за счет отсутствия дополнительного источника нагрева.

            Характерные особенности:

        - наиболее распространенный инертный режущий газ-азот (при резке титана-аргон),

       - давление режущего газа как правило большое: от 10 атм и больше, поэтому при такой технологии применяют фокусирующие линзы повышенной толщины.

      - формируется сверхзвуковая струя режущего газа, которая выдувает капли расплавленного металла из зоны реза.

      - излучение фокусируют на нижнюю поверхность листа

      - расстояние между срезом сопла и поверхностью металла минимально:   0,5-1мм

       - при резке толстого металла диаметр сопла достаточно большой, доходит до 3 мм, поэтому расход инертного газа большой, он часто определяет стоимость резки.

        - скорость резки в инертном газе относительно низка.

 
4) Лазерное термораскалывание стекла.

              В этом процессе, за счет неоднородного нагрева хрупкого материала, такого как стекло, лазерным лучом и его охлаждения струей инертного газа,  происходит формирование трещины. Перемещение источника нагрева по поверхности стекла позволяет управлять направлением распространения трещины и получать гладкую грань раздела.

  5) Лазерная испарительная (сублимационная резка).

              Применяется при очень больших интенсивностях лазерного излучения, которое реализуется в режиме очень коротких лазерных импульсов наносекундной и пикосекундной длительности.

            Характерные особенности:

- применяется в микротехнологии.

- минимальное термическое воздействие на материал подложки.

- кпд процесса минимальный.

- длина волны излучения лазера, как правило, короче 1 мкм (твердотельные и эксимерные лазеры, лазеры на парах металлов.)