Lasersnijdensollicitatie
Snelle axiale CO2-lasers worden vooral gebruikt voor het lasersnijden van metalen materialen, met name vanwege hun goede straalkwaliteit. Hoewel de reflectiviteit van de meeste metalen voor CO2-laserstralen vrij hoog is, neemt de reflectiviteit van het metaaloppervlak bij kamertemperatuur toe met de temperatuur en de oxidatiegraad. Zodra het metaaloppervlak beschadigd is, is de reflectiviteit van het metaal bijna gelijk aan 1. Voor het lasersnijden van metaal is een hoger gemiddeld vermogen nodig, en alleen krachtige CO2-lasers voldoen hieraan.
1. Lasersnijden van staalmaterialen
1.1 Continu CO2-lasersnijden De belangrijkste procesparameters van continu CO2-lasersnijden zijn onder andere laservermogen, type en druk van het hulpgas, snijsnelheid, focuspositie, focusdiepte en spuitstukhoogte.
(1) Laservermogen Het laservermogen heeft een grote invloed op de snijdikte, de snijsnelheid en de snijbreedte. Bij constante andere parameters neemt de snijsnelheid af naarmate de dikte van de te snijden plaat toeneemt en neemt deze toe naarmate het laservermogen toeneemt. Met andere woorden, hoe hoger het laservermogen, hoe dikker de plaat die gesneden kan worden, hoe hoger de snijsnelheid en hoe iets groter de snijbreedte.
(2) Type en druk van het hulpgas Bij het snijden van koolstofarm staal wordt CO2 als hulpgas gebruikt om de warmte van de ijzer-zuurstofverbrandingsreactie te benutten en zo het snijproces te bevorderen. De snijsnelheid is hoog en de snijkwaliteit is goed, met name kan een snijvlak zonder kleverige slak worden verkregen. Bij het snijden van roestvrij staal wordt CO2 gebruikt. Slak hecht zich dan gemakkelijk aan het onderste deel van de snede. Vaak wordt een CO2 + N2-mengsel of een dubbellaags gasstroom gebruikt. De druk van het hulpgas heeft een significant effect op het snijresultaat. Door de gasdruk op de juiste wijze te verhogen, kan de snijsnelheid zonder kleverige slak toenemen dankzij de toename van het momentum van de gasstroom en de verbetering van de slakverwijderingscapaciteit. Als de druk echter te hoog is, wordt het snijvlak ruw. Het effect van de zuurstofdruk op de gemiddelde ruwheid van het snijvlak wordt weergegeven in de onderstaande figuur.
De lichaamsdruk is ook afhankelijk van de plaatdikte. Bij het snijden van koolstofarm staal met een 1 kW CO2-laser wordt het verband tussen zuurstofdruk en plaatdikte weergegeven in de onderstaande afbeelding.
(3) Snijsnelheid De snijsnelheid heeft een aanzienlijke invloed op de snijkwaliteit. Onder bepaalde omstandigheden van laservermogen zijn er overeenkomstige boven- en ondergrenswaarden voor een goede snijsnelheid bij het snijden van koolstofarm staal. Als de snijsnelheid hoger of lager is dan de kritische waarde, zal slakaanhechting optreden. Bij een lage snijsnelheid wordt de werkingsduur van de oxidatiereactiewarmte op de snijkant verlengd, neemt de snijbreedte toe en wordt het snijoppervlak ruw. Naarmate de snijsnelheid toeneemt, wordt de snede geleidelijk smaller totdat de breedte van de bovenste snede gelijk is aan de diameter van de spot. Op dit moment is de snede licht wigvormig, breed aan de bovenkant en smal aan de onderkant. Naarmate de snijsnelheid verder toeneemt, wordt de breedte van de bovenste snede steeds kleiner, maar wordt het onderste deel van de snede relatief breder en krijgt het een omgekeerde wigvorm.
(5)Scherptediepte
De scherptediepte heeft een zekere invloed op de kwaliteit van het snijoppervlak en de snijsnelheid. Bij het snijden van relatief grote staalplaten moet een laserstraal met een grote scherptediepte worden gebruikt; bij het snijden van dunne platen moet een laserstraal met een kleine scherptediepte worden gebruikt.
(6) Spuitstukhoogte
De spuitmondhoogte verwijst naar de afstand van het eindoppervlak van de hulpgasspuitmond tot het bovenoppervlak van het werkstuk. Een grote spuitmondhoogte zorgt ervoor dat de impuls van de uitgestoten hulpgasstroom gemakkelijk fluctueert, wat de snijkwaliteit en -snelheid beïnvloedt. Daarom wordt bij lasersnijden de spuitmondhoogte over het algemeen geminimaliseerd, meestal tussen de 0,5 en 2,0 mm.
① Laseraspecten
a. Verhoog het laservermogen. Het ontwikkelen van krachtigere lasers is een directe en effectieve manier om de snijdikte te vergroten.
b. Pulsbewerking. Gepulseerde lasers hebben een zeer hoog piekvermogen en kunnen door dikke staalplaten heen dringen. Door gebruik te maken van hoogfrequente lasertechnologie met een smalle pulsbreedte kunnen dikke staalplaten worden gesneden zonder het laservermogen te verhogen, en de snijdiepte is kleiner dan bij continu lasersnijden.
c. Gebruik nieuwe lasers
② Optisch systeem
a. Adaptief optisch systeem. Het verschil met traditioneel lasersnijden is dat het niet nodig is om de focus onder het snijoppervlak te plaatsen. Wanneer de focuspositie enkele millimeters op en neer fluctueert in de dikterichting van de staalplaat, verandert de brandpuntsafstand in het adaptieve optische systeem mee met de verschuiving van de focuspositie. De op- en neerwaartse veranderingen in de brandpuntsafstand vallen samen met de relatieve beweging tussen de laser en het werkstuk, waardoor de focuspositie op en neer verandert in de diepte van het werkstuk. Dit snijproces, waarbij de focuspositie verandert met de externe omstandigheden, kan hoogwaardige sneden opleveren. Het nadeel van deze methode is dat de snijdiepte beperkt is, over het algemeen niet meer dan 30 mm.
b. Bifocale snijtechnologie. Een speciale lens wordt gebruikt om de laserstraal tweemaal op verschillende plaatsen te focussen. Zoals weergegeven in figuur 4.58, is D de diameter van het middelste deel van de lens en is de diameter van het randdeel van de lens. De kromtestraal in het midden van de lens is groter dan in de omgeving, waardoor een dubbele focus ontstaat. Tijdens het snijproces bevindt de bovenste focus zich op het bovenoppervlak van het werkstuk en de onderste focus nabij het onderoppervlak van het werkstuk. Deze speciale lasersnijtechnologie met dubbele focus heeft vele voordelen. Bij het snijden van zacht staal kan niet alleen een laserstraal met hoge intensiteit op het bovenoppervlak van het metaal worden gehandhaafd om te voldoen aan de voorwaarden voor ontsteking van het materiaal, maar ook een laserstraal met hoge intensiteit nabij het onderoppervlak van het metaal om te voldoen aan de ontstekingsvereisten. Dit maakt het mogelijk om schone sneden te produceren over het gehele bereik van materiaaldiktes. Deze technologie vergroot het bereik van parameters voor het verkrijgen van hoogwaardige sneden. Bijvoorbeeld met een 3 kW CO2-laser. Met een laser kan met conventionele methoden slechts een snijdikte van 15-20 mm worden bereikt, terwijl met behulp van dual focus-snijtechnologie een snijdikte van 30-40 mm mogelijk is.
③Zuiger en hulpluchtstroom
Het ontwerp van het mondstuk is doordacht om de eigenschappen van het luchtstroomveld te verbeteren. De diameter van de binnenwand van het supersonische mondstuk krimpt eerst en zet vervolgens uit, waardoor een supersonische luchtstroom aan de uitlaat ontstaat. De luchtdruk kan zeer hoog zijn zonder schokgolven te genereren. Bij gebruik van een supersonisch mondstuk voor lasersnijden is de snijkwaliteit ook optimaal. Omdat de snijdruk van het supersonische mondstuk op het werkstukoppervlak relatief stabiel is, is het bijzonder geschikt voor het lasersnijden van dikke staalplaten.
Geplaatst op: 18 juli 2024
