ЛАЗЕРНАЯ РЕЗКА

Это технологический процесс, при котором лазер осуществляет направленное разрушение участков обрабатываемого материала посредством нагрева. Эффективен, широко востребован на производстве и в промышленности.
 

Особенности

По сравнению со световым потоком лазерный луч обладает рядом отличий:

Направленность. Существенно выше, чем у прожекторных. Параметр позволяет концентрировать энергию в минимальных по площади зонах.
 
Монохромность. Статичные значения волны обуславливают простоту фокусирования.
Когерентность. Возникающий резонанс значительно повышает лучевую интенсивность.
Обеспечивается фокусировка в крайне малой области с возможностью создания технологически требуемой энергетической плотности.
 

Технология работы с металлическими предметами

Предполагается поглощение и отражение излучения, а также распространение поглощаемой энергии вследствие теплопроводности. В области направленного воздействия поверхность нагревают до индивидуальной температуры, устанавливается необходимая энергетическая плотность.

 
Далее продолжается поглощение и наблюдается разрушение. Одновременно фазовая граница сдвигается по направлению вглубь. Стимулируется дальнейшее повышение температуры до точки кипения, в результате чего происходит интенсивное испарение расплавленного состава.
 
Соответственно выделяют 2 основные технологии – плавление и испарение. При этом для испарения требуется больше энергозатрат, вследствие чего способ рационален только для тонкого листа. В подавляющем большинстве случаев рационален способ плавления.
 
Для экономии энергии применяют вспомогательный газ. Газообразная масса вдувается в зону разреза и удаляет частицы, образовавшиеся вследствие разрушения. Этот тип резки называют газолазерной. Как характерный пример стоит рассмотреть кислород, который выполняет следующие функции:
Обеспечивает окисление металла и уменьшает его способность отражать излучение.
Усиливает действие за счет повышения интенсивности горения при воспламенении.
Очищает, удаляет продукты сгорания.
 
Существует 2 способа газолазерной резки с технологически принципиальными различиями. Один предполагает использование тепла, выделяемого при сгорании для обеспечения температурного баланса, второй – исключительно плавление.
 
Первый механизм предназначен для металлов, которые воспламеняются при температуре ниже точки, при которой масса плавится. Второй более востребован при разрезке материалов, обладающими низкой эффективностью горения. В результате контакта с массами кислорода они образуют тугоплавкие оксиды.
 

Применяемые виды современных лазеров

В основе устройства лежат три ключевых составляющие:

 
  • Источник питания.
  • Рабочее тело.
  • Оптический резонатор.
 
Источником питания выступает система накачки, воздействующая на стержень и стимулирующая его активность. Резонатор, в свою очередь, усиливает излучение, повышает эффективность.
Актуальными на сегодняшний день считаются аппараты трех основных видов:
 
  • Твердотельные.
  • Газовые.
  • Газодинамические.
 
Каждая модель при этом характеризуется индивидуальными свойствами, но можно выделить ряд общих типовых черт. Твердотельные конструкции располагают механизмами накачки и активным телом. Последним выступает стержень, как правило, изготовленный из рубинов, либо их легированного иттербием или неодимом алюмоиттриевого граната. Аппараты обладают невысокой мощностью (до 6 000 Вт) и длиной волны порядка 1 мкм. Могут иметь непрерывный или импульсный тип.
 
Газовые модели применяют особую газообразную смесь, состав которой определяется заранее. Ее прокачка осуществляться продольно, либо поперечно. Устройства с поперечным движением среды характеризует компактность и более интенсивный режим – от 20 кВт.
 
Функциональностью также характеризуются щелевые газовые лазеры: при 5-8 кВт они имеют минимальные размеры и располагают несколькими опциями. Благодаря высокочастотной поперечной накачке рабочей среды повышается однородность и устойчивость пламени. Между электродами присутствует щель до 5 мм, которая обеспечивает интенсивный отвод тепла.
 
Газодинамические модели остаются наиболее мощными – до 150 кВт и более. Предельная эффективность обеспечивается за счет протекания нагретого газа через суженный в центре канал со скоростью, превышающей звуковую. Последующее охлаждение провоцирует образование когерентного излучения.
 

Интеграция технологии

При разрезке металлической продукции применяют аппаратуру от 450 Вт, для цветных металлов необходимо более продуктивное оборудование – от 1 000 Вт.

Углеродистые стали. Требуется газ, которым чаще всего является кислород максимальной степени очистки. Он провоцирует возникновение экзотермической реакции, что позволяет добиться большего выделения тепла. В результате достигается качество поверхности, на кромках может образовываться грат.
 
Нержавеющая сталь. Разрезание осложняется вероятностью зашлаковывания, которая возрастает при наличии легирующих компонентов. Потому применяется очищенный азот, который подают под давлением до 20 атмосфер. Обработка толстых листов также может потребовать заглубления фокального пятна для усиления подачи воздуха внутрь.
 
Алюминий, медь. Ввиду низкой способности к поглощению лучей и их высокой теплопроводности потребуется помощь более мощной техники. При невысокой толщине рационально использование импульсного действия, при высокой – микроплазменного. Для алюминия предполагается подача азота давлением от 10 атмосфер.
 
ДСП, пластик, массив дерева и другие. Здесь особенно важно соблюдение пожарной безопасности ввиду повышенного риска воспламенения. Исключения составляют керамические и стеклянные изделия – не рекомендуется резать их эти методом из-за опасности растрескивания.
Технические характеристики
 
Для каждого прибора они индивидуальны и напрямую зависят от его вида, применяемого режима и ряда других специфических особенностей. Базовыми чертами являются:
  • Время и продуктивность.
  • Диаметр фокусировки пятна.
  • Максимальная мощность.

 

Давление

Многое обуславливают конструкция и функциональность прибора определенной марки, а также от выбранные методики. Эксплуатация в импульсном режиме характеризуется рядом дополнительных свойств импульса – это:

  • Частотность повторения.
  • Его длительность.
  • Усредненная мощность.
 
Характеристики оказывают прямое влияние на параметры, ширину, размер зоны теплового действия. Для определения состояния реза используется критерий шероховатости поверхности. Оно часто зависимо от толщины объекта. Важно отметить, что наивысшее качество очевидно в верхних слоях. При корректном применении техники и соблюдении рекомендаций для продукции конкретного типа параметры продуктивности увеличиваются даже при сниженных энергозатратах. Вопрос подбора технического оснащения стоит особенно остро, так как от него зависят возможности производства.
 

Достоинства и недостатки

Функционал актуален для получения качественного разреза и часто востребован. Потому ее можно назвать универсальной и широко распространенной в разных отраслях промышленности, производства, строительства и других сферах. Исключение составляют только легковоспламеняющиеся и склонные к появлению трещин изделия. Тогда необходимо выбрать иные, щадящие методики. Это позволит не допустить деформации и сохранить целостность, физические и эстетические характеристики.

Резка лазерным лучом обеспечивает соответствия реза требованиям и его минимальную ширину – примерно до 1 мм. Небольшой остается и площадь теплового воздействия. Так удается минимизировать деформации на всех стадиях проведения процесса. Так достигается повышенная точность разрезания материалов пониженной прочности и жесткости, склонных к деформации.
 
Оборудование характеризуется простотой эксплуатации, что позволяет автоматизировать масштабный выпуск деталей даже по сложным контурам. Это особенно эффективно для металлической продукции толщиной до 6 мм – при увеличенной скорости обработки достигается предельная точность. Однако применение современных приборов уместно и при резе объекта толщиной более 20 мм – в этом случае особую роль играет правильное газообразных масс.