Cắt laserứng dụng
Laser CO2 dòng chảy trục nhanh chủ yếu được sử dụng để cắt laser các vật liệu kim loại, chủ yếu là do chất lượng chùm tia tốt. Mặc dù độ phản xạ của hầu hết các kim loại đối với chùm tia laser CO2 khá cao, nhưng độ phản xạ của bề mặt kim loại ở nhiệt độ phòng tăng lên khi nhiệt độ và mức độ oxy hóa tăng. Khi bề mặt kim loại bị hư hại, độ phản xạ của kim loại gần bằng 1. Đối với việc cắt laser kim loại, cần có công suất trung bình cao hơn, và chỉ có laser CO2 công suất cao mới đáp ứng được điều kiện này.
1. Cắt thép bằng laser
1.1 Cắt laser CO2 liên tục Các thông số chính của quá trình cắt laser CO2 liên tục bao gồm công suất laser, loại và áp suất khí phụ trợ, tốc độ cắt, vị trí tiêu điểm, độ sâu tiêu điểm và chiều cao vòi phun.
(1) Công suất laser Công suất laser có ảnh hưởng lớn đến độ dày cắt, tốc độ cắt và chiều rộng vết cắt. Khi các thông số khác không đổi, tốc độ cắt giảm khi độ dày tấm cắt tăng và tăng khi công suất laser tăng. Nói cách khác, công suất laser càng lớn thì tấm có thể cắt càng dày, tốc độ cắt càng nhanh và chiều rộng vết cắt càng lớn hơn một chút.
(2) Loại và áp suất khí phụ trợ Khi cắt thép cacbon thấp, CO2 được sử dụng làm khí phụ trợ để tận dụng nhiệt lượng từ phản ứng cháy sắt-oxy nhằm thúc đẩy quá trình cắt. Tốc độ cắt cao và chất lượng vết cắt tốt, đặc biệt là có thể thu được vết cắt không có xỉ dính. Khi cắt thép không gỉ, CO2 được sử dụng. Xỉ dễ bám vào phần dưới của vết cắt. Khí hỗn hợp CO2 + N2 hoặc dòng khí hai lớp thường được sử dụng. Áp suất của khí phụ trợ có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả cắt. Tăng áp suất khí một cách thích hợp có thể làm tăng tốc độ cắt không có xỉ dính do tăng động lượng dòng khí và cải thiện khả năng loại bỏ xỉ. Tuy nhiên, nếu áp suất quá cao, bề mặt cắt sẽ trở nên thô ráp. Ảnh hưởng của áp suất oxy đến độ nhám trung bình của bề mặt vết cắt được thể hiện trong hình dưới đây.
Áp suất thân máy cũng phụ thuộc vào độ dày tấm. Khi cắt thép cacbon thấp bằng laser CO2 1kW, mối quan hệ giữa áp suất oxy và độ dày tấm được thể hiện trong hình dưới đây.
(3) Tốc độ cắt Tốc độ cắt có tác động đáng kể đến chất lượng cắt. Trong điều kiện công suất laser nhất định, có các giá trị tới hạn trên và dưới tương ứng cho tốc độ cắt tốt khi cắt thép cacbon thấp. Nếu tốc độ cắt cao hơn hoặc thấp hơn giá trị tới hạn, sẽ xảy ra hiện tượng dính xỉ. Khi tốc độ cắt chậm, thời gian tác động của nhiệt phản ứng oxy hóa trên lưỡi cắt kéo dài, chiều rộng vết cắt tăng lên và bề mặt cắt trở nên thô ráp. Khi tốc độ cắt tăng lên, vết cắt dần dần hẹp lại cho đến khi chiều rộng của vết cắt phía trên tương đương với đường kính của điểm. Lúc này, vết cắt có hình dạng hơi nêm, rộng ở phía trên và hẹp ở phía dưới. Khi tốc độ cắt tiếp tục tăng, chiều rộng của vết cắt phía trên tiếp tục nhỏ lại, nhưng phần dưới của vết cắt trở nên rộng hơn và có hình dạng nêm ngược.
(5) Độ sâu tiêu cự
Độ sâu trường ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt cắt và tốc độ cắt. Khi cắt các tấm thép tương đối lớn, nên sử dụng chùm tia có độ sâu trường ảnh lớn; khi cắt các tấm mỏng, nên sử dụng chùm tia có độ sâu trường ảnh nhỏ.
(6)Chiều cao vòi phun
Chiều cao vòi phun đề cập đến khoảng cách từ bề mặt cuối của vòi phun khí phụ trợ đến bề mặt trên của phôi. Chiều cao vòi phun càng lớn thì động lượng của luồng khí phụ trợ phun ra càng dễ dao động, ảnh hưởng đến chất lượng và tốc độ cắt. Do đó, khi cắt laser, chiều cao vòi phun thường được giảm thiểu, thường là 0,5~2,0mm.
① Các khía cạnh của laser
a. Tăng công suất laser. Phát triển các loại laser mạnh hơn là một cách trực tiếp và hiệu quả để tăng độ dày vật liệu cắt.
b. Xử lý xung. Laser xung có công suất đỉnh rất cao và có thể xuyên qua các tấm thép dày. Áp dụng công nghệ cắt laser xung tần số cao, độ rộng xung hẹp có thể cắt các tấm thép dày mà không cần tăng công suất laser, và kích thước vết cắt nhỏ hơn so với cắt laser liên tục.
c. Sử dụng laser mới
②Hệ thống quang học
a. Hệ thống quang học thích ứng. Điểm khác biệt so với cắt laser truyền thống là nó không cần đặt tiêu điểm bên dưới bề mặt cắt. Khi vị trí tiêu điểm dao động lên xuống vài milimét dọc theo hướng độ dày của tấm thép, tiêu cự trong hệ thống quang học thích ứng sẽ thay đổi theo sự dịch chuyển của vị trí tiêu điểm. Sự thay đổi lên xuống của tiêu cự trùng khớp với chuyển động tương đối giữa laser và phôi, khiến vị trí tiêu điểm thay đổi lên xuống dọc theo chiều sâu của phôi. Quá trình cắt này, trong đó vị trí tiêu điểm thay đổi theo điều kiện bên ngoài, có thể tạo ra các vết cắt chất lượng cao. Nhược điểm của phương pháp này là độ sâu cắt bị hạn chế, thường không quá 30mm.
b. Công nghệ cắt hai tiêu điểm. Một thấu kính đặc biệt được sử dụng để hội tụ chùm tia hai lần ở các vị trí khác nhau. Như thể hiện trong Hình 4.58, D là đường kính của phần trung tâm của thấu kính và là đường kính của phần rìa của thấu kính. Bán kính cong ở tâm của thấu kính lớn hơn vùng xung quanh, tạo thành tiêu điểm kép. Trong quá trình cắt, tiêu điểm trên nằm trên bề mặt trên của phôi, và tiêu điểm dưới nằm gần bề mặt dưới của phôi. Công nghệ cắt laser hai tiêu điểm đặc biệt này có nhiều ưu điểm. Đối với việc cắt thép mềm, nó không chỉ có thể duy trì chùm tia laser cường độ cao trên bề mặt trên của kim loại để đáp ứng các điều kiện cần thiết cho vật liệu bắt lửa, mà còn duy trì chùm tia laser cường độ cao gần bề mặt dưới của kim loại để đáp ứng các yêu cầu bắt lửa. Nhu cầu tạo ra các vết cắt sạch trên toàn bộ phạm vi độ dày vật liệu. Công nghệ này mở rộng phạm vi thông số để có được các vết cắt chất lượng cao. Ví dụ, sử dụng máy cắt CO2 3kW. Với máy cắt laser thông thường, độ dày cắt chỉ đạt 15~20mm, trong khi sử dụng công nghệ cắt tiêu điểm kép có thể đạt độ dày 30~40mm.
③ Vòi phun và luồng khí phụ trợ
Cần thiết kế vòi phun hợp lý để cải thiện đặc tính trường dòng khí. Đường kính thành trong của vòi phun siêu âm trước tiên co lại rồi giãn ra, có thể tạo ra dòng khí siêu âm ở đầu ra. Áp suất cung cấp khí có thể rất cao mà không tạo ra sóng xung kích. Khi sử dụng vòi phun siêu âm để cắt laser, chất lượng cắt cũng rất lý tưởng. Vì áp suất cắt của vòi phun siêu âm trên bề mặt phôi tương đối ổn định, nên nó đặc biệt thích hợp cho việc cắt laser các tấm thép dày.
Thời gian đăng bài: 18/07/2024
