Taglio laserapplicazione
I laser a CO2 a flusso assiale rapido sono utilizzati principalmente per il taglio laser di materiali metallici, soprattutto per la loro elevata qualità del fascio. Sebbene la riflettività della maggior parte dei metalli ai fasci laser a CO2 sia piuttosto alta, la riflettività della superficie metallica a temperatura ambiente aumenta con l'aumentare della temperatura e del grado di ossidazione. Una volta danneggiata la superficie metallica, la riflettività del metallo si avvicina a 1. Per il taglio laser dei metalli è necessaria una potenza media più elevata, e solo i laser a CO2 ad alta potenza soddisfano questa condizione.
1. Taglio laser di materiali in acciaio
1.1 Taglio laser continuo a CO2 I principali parametri di processo del taglio laser continuo a CO2 includono la potenza del laser, il tipo e la pressione del gas ausiliario, la velocità di taglio, la posizione focale, la profondità focale e l'altezza dell'ugello.
(1) Potenza del laser La potenza del laser ha una grande influenza sullo spessore di taglio, sulla velocità di taglio e sulla larghezza dell'incisione. A parità di altri parametri, la velocità di taglio diminuisce con l'aumento dello spessore della piastra da tagliare e aumenta con l'aumento della potenza del laser. In altre parole, maggiore è la potenza del laser, più spessa è la piastra che può essere tagliata, maggiore è la velocità di taglio e leggermente maggiore è la larghezza dell'incisione.
(2) Tipo e pressione del gas ausiliario Quando si taglia l'acciaio a basso tenore di carbonio, si utilizza CO2 come gas ausiliario per sfruttare il calore della reazione di combustione ferro-ossigeno e favorire il processo di taglio. La velocità di taglio è elevata e la qualità dell'incisione è buona, in particolare si può ottenere un'incisione senza scorie appiccicose. Quando si taglia l'acciaio inossidabile, si utilizza CO2. Le scorie tendono ad aderire alla parte inferiore dell'incisione. Si utilizza spesso una miscela di gas CO2 + N2 o un flusso di gas a doppio strato. La pressione del gas ausiliario ha un effetto significativo sull'effetto di taglio. Un opportuno aumento della pressione del gas può incrementare la velocità di taglio senza scorie appiccicose grazie all'aumento della quantità di moto del flusso di gas e al miglioramento della capacità di rimozione delle scorie. Tuttavia, se la pressione è troppo elevata, la superficie di taglio diventa ruvida. L'effetto della pressione dell'ossigeno sulla rugosità media della superficie di incisione è mostrato nella figura seguente.
La pressione del corpo dipende anche dallo spessore della lamiera. Quando si taglia acciaio a basso tenore di carbonio con un laser a CO2 da 1 kW, la relazione tra pressione dell'ossigeno e spessore della lamiera è mostrata nella figura seguente.
(3) Velocità di taglio La velocità di taglio ha un impatto significativo sulla qualità del taglio. In determinate condizioni di potenza del laser, esistono valori critici superiori e inferiori corrispondenti per una buona velocità di taglio quando si taglia acciaio a basso tenore di carbonio. Se la velocità di taglio è superiore o inferiore al valore critico, si verificherà l'adesione della scoria. Quando la velocità di taglio è bassa, il tempo di azione del calore della reazione di ossidazione sul tagliente si allunga, la larghezza del taglio aumenta e la superficie di taglio diventa ruvida. Man mano che la velocità di taglio aumenta, l'incisione si restringe gradualmente fino a quando la larghezza dell'incisione superiore è equivalente al diametro del punto. In questo momento, l'incisione è leggermente a forma di cuneo, larga in alto e stretta in basso. Man mano che la velocità di taglio continua ad aumentare, la larghezza dell'incisione superiore continua a diminuire, ma la parte inferiore dell'incisione diventa relativamente più larga e assume una forma a cuneo invertito.
(5) Profondità di messa a fuoco
La profondità di fuoco ha un certo impatto sulla qualità della superficie di taglio e sulla velocità di taglio. Quando si tagliano lamiere d'acciaio di dimensioni relativamente grandi, è opportuno utilizzare un fascio con una grande profondità di fuoco; quando si tagliano lamiere sottili, è opportuno utilizzare un fascio con una piccola profondità di fuoco.
(6) Altezza dell'ugello
L'altezza dell'ugello si riferisce alla distanza tra la superficie terminale dell'ugello del gas ausiliario e la superficie superiore del pezzo in lavorazione. Un'altezza dell'ugello elevata comporta una facile fluttuazione della quantità di moto del flusso d'aria ausiliario espulso, con conseguenti ripercussioni sulla qualità e sulla velocità di taglio. Pertanto, nel taglio laser, l'altezza dell'ugello viene generalmente ridotta al minimo, solitamente tra 0,5 e 2,0 mm.
① Aspetti del laser
a. Aumentare la potenza del laser. Sviluppare laser più potenti è un modo diretto ed efficace per aumentare lo spessore di taglio.
b. Lavorazione a impulsi. I laser a impulsi hanno una potenza di picco molto elevata e possono penetrare lamiere d'acciaio spesse. L'applicazione della tecnologia di taglio laser a impulsi ad alta frequenza e a larghezza di impulso ridotta consente di tagliare lamiere d'acciaio spesse senza aumentare la potenza del laser, e la dimensione dell'incisione è inferiore rispetto a quella del taglio laser continuo.
c. Utilizzare nuovi laser
② Sistema ottico
a. Sistema ottico adattivo. La differenza rispetto al taglio laser tradizionale è che non è necessario posizionare il fuoco al di sotto della superficie di taglio. Quando la posizione del fuoco fluttua di qualche millimetro lungo lo spessore della lamiera d'acciaio, la lunghezza focale del sistema ottico adattivo cambia di conseguenza. Le variazioni verticali della lunghezza focale coincidono con il movimento relativo tra il laser e il pezzo in lavorazione, causando una variazione verticale della posizione del fuoco lungo la profondità del pezzo. Questo processo di taglio, in cui la posizione del fuoco cambia in base alle condizioni esterne, può produrre tagli di alta qualità. Lo svantaggio di questo metodo è che la profondità di taglio è limitata, generalmente non superiore a 30 mm.
b. Tecnologia di taglio bifocale. Una lente speciale viene utilizzata per focalizzare il raggio due volte in punti diversi. Come mostrato nella Figura 4.58, D è il diametro della parte centrale della lente e è il diametro della parte periferica della lente. Il raggio di curvatura al centro della lente è maggiore rispetto all'area circostante, formando un doppio fuoco. Durante il processo di taglio, il fuoco superiore si trova sulla superficie superiore del pezzo in lavorazione e il fuoco inferiore si trova vicino alla superficie inferiore del pezzo in lavorazione. Questa speciale tecnologia di taglio laser a doppio fuoco presenta molti vantaggi. Per il taglio dell'acciaio dolce, non solo può mantenere un raggio laser ad alta intensità sulla superficie superiore del metallo per soddisfare le condizioni necessarie all'accensione del materiale, ma anche mantenere un raggio laser ad alta intensità vicino alla superficie inferiore del metallo per soddisfare i requisiti di accensione. È necessario produrre tagli netti su tutta la gamma di spessori del materiale. Questa tecnologia amplia la gamma di parametri per ottenere tagli di alta qualità. Ad esempio, utilizzando un laser CO2 da 3 kW. Con il laser convenzionale, lo spessore di taglio può raggiungere solo i 15-20 mm, mentre con la tecnologia di taglio a doppia focalizzazione lo spessore di taglio può raggiungere i 30-40 mm.
③Ugello e flusso d'aria ausiliario
Progettare l'ugello in modo razionale per migliorare le caratteristiche del campo di flusso d'aria. Il diametro della parete interna dell'ugello supersonico si restringe e poi si espande, generando un flusso d'aria supersonico all'uscita. La pressione dell'aria in ingresso può essere molto elevata senza generare onde d'urto. Quando si utilizza un ugello supersonico per il taglio laser, la qualità del taglio risulta ottimale. Poiché la pressione di taglio dell'ugello supersonico sulla superficie del pezzo è relativamente stabile, è particolarmente adatto al taglio laser di lamiere d'acciaio spesse.
Data di pubblicazione: 18 luglio 2024
