La tecnología de corte con láser debe ser familiar para todos. La tecnología de corte con láser es un método de procesamiento que utiliza un haz láser de alta densidad de energía para cortar con precisión los materiales. Se usa ampliamente en el procesamiento de materiales metálicos y no metálicos. El equipo de corte láser más común son las máquinas de corte láser.
Las máquinas de corte con láser usan el principio de corte de los láseres. El núcleo del corte láser es el haz láser generado por un láser de alta potencia. A través de un sistema de reflector y lente, especialmente una lente de enfoque, el haz se centra en un punto muy pequeño, generalmente con un diámetro de solo decenas de micras a cientos de micras, formando así una densidad de energía muy alta en la superficie del material procesado.
Bajo la irradiación de los láseres de alta densidad de energía, la superficie del material se calienta rápidamente hasta miles de decenas de miles de grados centígrados, lo que hace que el material se derrita, vaporice o queme instantáneamente. Para los materiales metálicos, también puede haber una reacción de oxidación.
En el proceso de corte con láser, a menudo se usan gases auxiliares de alta presión (como oxígeno, nitrógeno, argón o aire comprimido, etc.) en combinación. Por un lado, ayudan a volar los materiales fundidos o vaporizados, y por otro lado, protegen el área de corte, reducen la zona afectada por el calor y mejoran la calidad y velocidad de corte.
Los principales parámetros del proceso de corte láser son cortar potencia láser, ancho de incisión, velocidad de corte y caudal de gas. Otros factores, como la calidad del haz láser, la longitud focal de la lente, el desenfoque y la boquilla, también tienen una gran influencia en el corte láser.
(1) poder láser
Para las propiedades del material, si la reflectividad de la superficie del material es alta, cuando el láser irradia la superficie del material, se reflejará más energía en lugar de ser absorbida por el material para el corte. Por lo tanto, para garantizar suficiente energía para el corte, la potencia del láser debe aumentar. Del mismo modo, si la conductividad térmica del material es buena, el calor generado por la irradiación láser se realizará rápidamente dentro del material, lo que dificulta que la temperatura del área de corte se eleve a un nivel suficiente para cortar. En este caso, la potencia del láser también debe aumentar para mejorar la eficiencia de corte. Además, los materiales de corte con altos puntos de fusión también requieren mayor potencia láser y densidad de potencia. Esto se debe a que los materiales con altos puntos de fusión requieren más energía para derretirlos o vaporizarlos, logrando así el propósito de cortar.
(2) Velocidad de corte
Bajo ciertas condiciones de potencia, cuando aumenta el grosor de la placa, el haz láser necesita penetrar capas de material más profundas para completar el corte. Los estudios han demostrado que la relación entre la velocidad de corte y la rugosidad de la superficie de corte no es una relación lineal simple, pero muestra una tendencia de cambio en forma de U. Esto significa que para materiales de diferentes espesores de placa y diferentes condiciones de presión de gas de corte, hay un punto de velocidad de corte óptimo. Al cortar a esta velocidad, el valor de rugosidad de la superficie de corte se puede minimizar, es decir, el corte es el más suave. En términos generales, cuanto más rápida sea la velocidad de corte, mayor será la potencia requerida.
(3) Presión de gas (flujo de gas)
Durante el proceso de corte de fusión, el haz láser calienta el material a la temperatura de fusión. En este momento, el gas voló el metal líquido para formar una incisión. La presión del gas debe ser lo suficientemente grande como para eliminar efectivamente el metal fundido y garantizar la continuidad del corte y la claridad de la incisión. El caudal de gas también está relacionado con la forma de la boquilla. Las diferentes formas de boquilla tienen diferentes efectos en las características de distribución y flujo del gas, por lo que la velocidad de flujo de gas aplicable también será diferente. Al seleccionar la boquilla y establecer la velocidad de flujo de gas, es necesario coincidir y optimizar de acuerdo con los requisitos de corte específicos y las propiedades del material.
(4) calidad del haz, longitud focal y desenfoque
La salida del modo de haz por el láser es crucial para el efecto de corte. El haz de modo transversal fundamental (TEM 00) se considera el modo de haz más ideal en el corte láser debido a su pequeño diámetro de haz y energía concentrada. Los estudios experimentales han demostrado que el ancho de la incisión es casi igual al diámetro del punto láser en el corte no asistido por oxígeno. El tamaño de la mancha es proporcional a la longitud focal de la lente de enfoque, es decir, cuanto más larga sea la distancia focal, más grande es el punto; Cuanto más corta sea la distancia focal, menor es el lugar. Sin embargo, aunque una lente de distancia focal corta puede obtener un punto más pequeño, su profundidad focal también se reduce en consecuencia. Cuanto más pequeña sea la profundidad focal, más estricto es el requisito de distancia desde la superficie de la pieza de trabajo hasta la lente. El valor desenfoque tiene una gran influencia en la velocidad de corte y la profundidad de corte, y debe permanecer sin cambios durante el proceso de corte. En general, el valor de desenfoque es un valor negativo, es decir, la posición de enfoque se coloca en un cierto punto debajo de la superficie de la placa de corte.
(5) Boquilla
La boquilla es un componente importante que afecta la calidad y la eficiencia del corte láser. El corte con láser generalmente utiliza una boquilla coaxial (flujo de aire y eje óptico concéntrico), y el diámetro de salida de la boquilla debe seleccionarse de acuerdo con el grosor de la placa. Además, la distancia desde la boquilla hasta la superficie de la pieza de trabajo también tiene una gran influencia en la calidad de corte. Para garantizar la estabilidad del proceso de corte, esta distancia debe mantenerse constante.
Corte láser de materiales industriales
(1) Corte láser de materiales metálicos
Casi todos los materiales metálicos tienen una alta reflectividad a la luz infrarroja a temperatura ambiente. Por ejemplo, la tasa de absorción de 1 0. 6 μm de láser de dióxido de carbono es solo 0.5%~ 10%. Sin embargo, cuando la densidad de potencia excede el haz enfocado de, la superficie puede comenzar a derretirse en microsegundos. La tasa de absorción de la mayoría de los metales fundidos aumentará bruscamente, generalmente hasta un 60%~ 80%. Por lo tanto, los láseres de dióxido de carbono se han utilizado con éxito en muchas prácticas de corte de metales.
El espesor máximo de las placas de acero de carbono que pueden ser cortados por los modernos sistemas de corte láser han excedido 2 0 mm. La costura de corte de las placas de acero de carbono se puede controlar dentro de un rango de ancho satisfactorio mediante el método de corte de fusión asistido por oxígeno, y la costura de corte de las placas de acero delgada puede ser tan estrecha como aproximadamente 0.1 mm. El corte láser es un método de procesamiento efectivo para las placas de acero inoxidable. Puede controlar la zona afectada por el calor dentro de un rango muy pequeño, manteniendo así su resistencia a la corrosión. La mayoría de los aceros estructurales de aleación y los aceros de la herramienta de aleación pueden obtener una buena calidad de vanguardia mediante el corte con láser.
Las aleaciones de aluminio y aluminio no se pueden cortar con fusión asistida por oxígeno. Se debe usar un mecanismo de corte de fusión. El corte láser de aluminio requiere una densidad de potencia muy alta para superar su alta reflectividad a los láseres de longitud de onda de 10,6 μm. 1. 06 μm de longitud de onda Las vigas láser YAG pueden mejorar en gran medida la calidad de corte y la velocidad del corte láser de aluminio debido a su alta tasa de absorción.
Las aleaciones de titanio y titanio comúnmente utilizadas en la industria de fabricación de aviones tienen intensas reacciones químicas cuando el oxígeno se usa como un gas auxiliar, y la velocidad de corte es rápida, pero es fácil formar una capa de óxido en el borde de corte e incluso causar una sobremarcha.
Es más seguro usar gas inerte como gas auxiliar para garantizar la calidad de corte. La mayoría de las aleaciones a base de níquel también se pueden cortar con fusión asistida por oxígeno. Las aleaciones de cobre y cobre tienen una reflectividad demasiado alta y básicamente no se pueden cortar con láseres de dióxido de carbono de 10,6 μm.
(2) Corte láser de materiales no metálicos
El haz de láser CO2 de 10.6 μm es fácilmente absorbido por materiales no metálicos. Su baja reflectividad y temperatura de evaporación permiten que casi toda la energía de la luz absorbida ingrese al material, e instantáneamente hace que la vaporización forme agujeros, entrando en un ciclo virtuoso del proceso de corte. Los plásticos, caucho, madera, productos de papel, cuero, telas naturales y otros materiales orgánicos pueden ser cortados por láser. Sin embargo, el grosor de la madera debe ser limitado. El grosor de las tablas de madera está dentro de los 75 mm, y el grosor de los laminados y las tablas de madera es de aproximadamente 25 mm. Entre los materiales inorgánicos, el cuarzo y la cerámica pueden ser cortados por láser. Este último debe cortarse con fractura controlada y no se debe usar alta potencia. El vidrio y la piedra generalmente no son adecuados para cortar láser.
Otros materiales que son difíciles de procesar mediante métodos convencionales, como materiales compuestos y carburos cementados, pueden ser cortados por láser, pero los mecanismos de corte razonables y los parámetros del proceso deben seleccionarse a través de experimentos.
En la aplicación real de la tecnología de corte con láser, mejorar la eficiencia de corte, mejorar la calidad de corte y reducir los costos de corte son una de las cosas que a menudo debemos considerar.
Mejorar la tecnología de corte con láser para mejorar la eficiencia de la producción, reducir la calidad y reducir los costos se puede hacer a partir de los siguientes aspectos:
1. Con el avance de la tecnología láser, el uso de láseres de mayor potencia (como 10, 000- láseres de vatios) puede aumentar significativamente las velocidades de corte, al tiempo que reduce las zonas afectadas por el calor y la deformación del material, haciendo que el corte sea más eficiente y mejor calidad, especialmente para los materiales más gruesos.
2. Ajuste razonablemente los parámetros, como la potencia del láser, la velocidad de corte, el tipo de gas y la presión de gas auxiliar, y la distancia entre la boquilla y el material, y realice configuraciones detalladas basadas en materiales específicos y requisitos de corte. Encuentre la combinación de parámetros óptimo a través de múltiples pruebas para mejorar la eficiencia y la calidad de la red.
3. A través del sistema de enfoque automático, la posición de enfoque del láser se ajusta automáticamente de acuerdo con el grosor y el tipo del material para garantizar la precisión de corte.
4. Reduzca el tiempo sin cortar y mejore la eficiencia operativa general moviendo rápidamente el cabezal de corte al siguiente punto de partida.
5. Detectar automáticamente los bordes de material y los ángulos de inclinación, ajustar automáticamente la ruta de corte y reducir los desechos del material y el tiempo de preprocesamiento.
6. Use el software CNC para simular el corte, planifique la ruta de corte más simple, reduzca los golpes vacíos y mejore la utilización del material y la velocidad de corte.
7. Mantenga y entregue regularmente la máquina de corte con láser, como reemplazar piezas de uso, limpieza de componentes ópticos, equipos de calibración, etc., para garantizar un funcionamiento estable a largo plazo del equipo y mantener un rendimiento de corte óptimo.
8. Mantenga el entorno de trabajo de la máquina de corte láser, con temperatura adecuada y humedad moderada para evitar el impacto del polvo y la humedad excesiva en el equipo y el efecto de corte.
9. Utilice sistemas y software de control CNC más avanzados para mejorar la precisión del control y la velocidad de respuesta, y admitir tareas de corte más complejas.
10. Continúe prestando atención a los nuevos desarrollos en la tecnología láser, como fuentes láser más eficientes, sistemas ópticos más avanzados, algoritmos de software inteligentes, etc., para mejorar continuamente las capacidades de corte.