Лазерная резка металла

Лазер решает сложные производственные задачи обработки различных металлов. Высокая технологичность процесса позволит решить многие проблемы, главная из которых - экономия материала. Ширина реза при использовании лазера меньше миллиметра. Лазером можно вырезать мелкие детали без необходимости дальнейшей обработки. Раскрой материала позволяет сократить отходы до минимума. Лазерная резка в отличие от механической обработки происходит без физического контакта инструмента и заготовки, что продлевает срок службы лазерных головок. В отличие от других методов термической резки, лазерный луч с точной фокусировкой мало нагревает остальную часть разрезаемого металла.

Эффективность лазера зависит от типа. У углекислотного лазера в промышленности появился конкурент - волоконный лазер,  имеющий меньшую мощность, но обрабатывает металлы недоступные углекислотному. В технологии лазерной резки используется сопутствующий газ, имеющий весьма активную роль в процессе. Газ выдувает расплавляемый и испаряемый лазером металл. В процессе резки углеродистых сталей используют кислород, который дополнительно вступает в химическую реакцию с материалом, увеличивая скорость процесса. На качество реза очень сильно влияет процессы плавления, испарения и сжигания исходного материала. Проблемные зоны могут появляться в углах и сложных контурах детали.
В зоне влияния луча происходит нагрев изделия до температуры плавления металла. Через некоторое время материал расплавляется больше, что приводит к перемещению фазы плавления вглубь металла. Если нагревать изделие лучом, температуру можно увеличивать до тех пор, пока не будет достигнута точка кипения металла, при которой фиксируется его испарение.

Указанные явления дают возможность выполнять резку металла лазером по двум схемам:

• испарением;
• плавлением.

Методика испарения, возможна при повышенных энергетических затратах, что не всегда целесообразно с экономической точки зрения. Толстый горячекатаный лист испарением разрезать сложно, метод подходит исключительно для обработки тонкой стали.
Резка лазерным лучом методом плавления. Для уменьшения энергозатрат, увеличения скорости процесса резки и толщины металла, в зону реза вдувают вспомогательный газовый состав (инертный газ, кислород, азот, воздух).
Для резки углеродистых сталей имеет значение содержания углерода, поскольку это способствует реакции стали с режущим кислородом. Холоднокатаная сталь имеет преимущества перед горячекатаной. Проблемы горячекатаной стали лежат не только во внутренней структуре материала, но и на поверхности. Слоистость и шероховатость поверхности влияют на качество реза при использовании лазерной резки. Настоящая проблема - шлак, образующийся в самом низу реза. Он препятствует вытеканию металла во время процесса и содействует образованию микротрещин.

Газ выполняет сразу несколько функций:

• помогает стали окислиться и уменьшить отражающую способность;
• в кислородной струе металл горит более активно (лазерное излучение при этом становится эффективнее в несколько раз);
• сдувает из зоны обработки продукты сгорания металла, что повышает степень притока газа к области реакции горения.

 

Резка металлов лазером процесс требующий точной настройки соотношения мощности и частоты пульсации луча, скорости резки, давления газа и фокусного расстояния до листа. При первой настройке резки новых материалов, время для настройки реза занимает значительное время. Поэтому стоимость небольшой партии может быть сопоставима со стоимостью крупного заказа.

Видов лазерных установок, обладающих мощностями для работы с металлическими листами и изделиями, имеется немало.
Делят на три типа:
Газовые. С поперечной или с продольной прокачкой смеси газов, применяемых в качестве рабочего тела. Принцип работы лазера: газовая композиция через специальную трубку прокачивается под действием насоса, а электроразряд для ее накачки обеспечивают атомы газа, находящиеся в энергетически активном состоянии. Достаточно мощными и при этом компактными лазерами являются углекислотные щелевидные установки. Они признаются самыми простыми и эффективными в работе.
Твердотельные. В конструкции имеется лампа накачки, без которой на рабочее тело невозможно будет передать требуемое излучение. Рабочим телом при этом выступает стержень из высокочистого искусственного рубина, легированного неодимом иттриевого граната или из специального неодимового стекла. Твердотельные станки функционируют в импульсном режиме, но при необходимости настраиваются на непрерывную работу.
Газодинамические. Похожи на газовые установки, но в них газ требуется нагревать до 2–3 тысяч градусов, после чего пропускать через специальное сопло на сверхзвуковой скорости, а затем охлаждать. Весь процесс из-за множества операций получается дорогостоящим и сложным, поэтому газодинамическое оборудование используется крайне редко.