• Главная
• Полезная информация
• Как работает лазерная резка: разбираемся в технологии

Как работает лазерная резка: разбираемся в технологии

28.02.2023
Понимание того, как работает лазерная резка, необходимо для проведения работ этим способом или их оценки. Также необходимо знать предъявляемые требования качества к лазерному раскрою, допустимые отклонения по размерам и шероховатости.

Помимо вышеперечисленного, лазерная резка некоторых металлов имеет свои особенности, так же для проведения этих работ нужны определенные знания по настройке оборудования. Только все это вместе поможет получить качественные изделия.

Как работает лазерная резка
Само название «лазерная резка» раскрывает нам суть процесса, который заключается в резке металла лазерным лучом, испускаемым специальной установкой. Луч лазера имеет ряд свойств, позволяющих его сфокусировать на обрабатываемой поверхности, при этом пучок будет нести энергетический заряд высокой плотности. Под его воздействием практически любой материал активно сгорает, плавится, испаряется и пр. – в общем, разрушается.

Энергия луча с плотностью 108 Ватт на 1 см2, создаваемого станком для лазерной резки, концентрируется на поверхности металла. Для понимания сути процесса и, в частности, того, как получается данный эффект, надо узнать обо всех свойствах лазерного луча.

В отличие от волн света, лазерный луч имеет постоянные длину и частоту волны. Данное свойство называют монохроматичностью, а само излучение монохроматическим. Оно дает возможность, используя простые оптические линзы, легко сфокусировать луч на обрабатываемой поверхности.

Еще одним свойством лазерного луча является очень высокая его направленность, а также маленький угол расходимости. Это свойство помогает оборудованию создать фокусированный лазерный луч высокого уровня.

Следующее важное свойство лазерного луча – его когерентность. Суть его заключается в согласованности большого количества волновых процессов, происходящих в луче, а также в их резонансе по отношению друг к другу. Это позволяет значительно повысить суммарную мощность излучения.

Под влиянием луча поверхность металла очень быстро нагревается и затем плавится, оставляя ровный рез.

Благодаря ряду факторов, одним из которых является теплопроводность, зона плавления металла быстро распространяется вглубь заготовки. Лазерный луч работает, воздействуя на поверхность детали, и доводит температуру в точке резки до кипения, в этот момент металл начинает испаряться.

Существует два вида лазерной резки металла:

• Плавление.
• Испарение.

Испарение металла предполагает работу оборудования большой мощности, вследствие чего возникают большие затраты энергоресурсов. Это далеко не всегда экономически целесообразно. Кроме того, этот способ не подходит для обработки толстых заготовок, что отражено в достаточно строгих требованиях к резке. Поэтому его применение ограничивается резкой тонкостенных изделий.

Лазерная резка способом плавления металла используется значительно чаще. В последнее время ее усовершенствовали использованием различных газов, таких как воздух, кислород, азот или инертные газы. Специальные установки вдувают их в зону проведения лазерной резки. Ознакомиться с видеозаписью данного вида работ можно набрав соответствующий запрос в Интернете.

Новшество позволило снизить затраты энергии, увеличить скорость резки и применять оборудование малой мощности для обработки более толстого материала. Однако правильнее было бы изменить название данного способа с лазерного на газолазерный.

Рассмотрим ряд преимуществ, которые позволяют применять кислород как вспомогательный газа для проведения лазерной резки:

окисление металла активизируется и дает возможность уменьшить его отражающую способность;
увеличивается тепловая мощность зоны обработки из-за более активного процесса горения металла в кислородной среде;
кислород, подаваемый под давлением, способствует выдуванию из зоны обработки продуктов сгорания и небольших частиц металла, что упрощает поступление новых волн газа в зону реза.
Виды лазерной резки
Интенсивность излучения, состав газа, используемого для проведения работ и давление при обработке различных металлов должны отличаться. Поэтому были разработаны несколько разновидностей резки.

 
1. Лазерно-кислородная резка.

Кислород, используемый в данном виде обработки, является режущим газом. В процессе его взаимодействия с горячим металлом возникает экзотермическая реакция окисления. А образующиеся в ходе того же процесса окислы мгновенно выдуваются кислородной струей.

Особенностями проведения работ с помощью данного вида лазерной резки являются скорость работы и диаметр сфокусированного луча, которые влияют на ширину разреза. Одновременно диаметр луча меньше, чем диаметр струи кислорода (как правило от 1 до 2 мм). Рез становится уже при возрастании скорости и снижении толщины заготовки. Разрез имеет минимальную ширину чуть менее 100 мкм. Существует обратная зависимость давления кислородного потока от толщины материала – с уменьшением толщины металла увеличивается давление.

Давление в процессе разрезания тонкого листа достигает 3-4 атм, а при увеличении толщины до 25 мм и более она становится около 0,3 мм. Струю формирует зазор между срезом сопла. Его размер зависит от толщины обрабатываемого металла. Колебания размера зазора могут быть от 0,5 мм для листов тонкого металла до 3 мм для металла толщиной 2,5–3 см. Максимальная толщина стального листа, разрезаемого лазером с мощностью 6 кВт, – 3 см. Скорость процесса при данной толщине – минимальная, около 0,5 м в минуту. Если скорость работы продолжает уменьшаться, то еще быстрее падает качество резки.

2. Кислородная резка с поддержкой лазерным лучом (LASOX).

Для работы с листами стали большой толщины имеет смысл использовать получившую в последние годы широкое распространение технологию, при которой луч лазера греет поверхность металла до достижения им температуры +1 000 °С, после чего в ход идет струя кислорода, которая со сверхзвуковой скоростью режет металл. Применение данного метода дает возможность существенно увеличить глубину разреза, если ее сравнивать с простой лазерно-кислородной резкой.

Сверхзвуковая кислородная струя формируется большим давлением, достигающим 6–10 атм. Рез имеет ширину, равную диаметру струи кислорода. Она имеет размер ≥ 3 мм. Расстояние от среза сопла до поверхности должно быть примерно 7 мм. Скорость реза при этом уменьшается до 0,2 м в минуту. Скорость работы при использовании представленной технологии значительно снижена по сравнению с лазерно-кислородной резкой. Но толщина обрабатываемого металла достигает 10 см.

Рекомендуем статьи по металлообработке
Марки сталей: классификация и расшифровка
Марки алюминия и области их применения
Дефекты металлический изделий: причины и методика поиска
3. Лазерная резка в инертном газе.

Заказать лазерную резку можно не дорого на нашем сайте tmzprogress.ru. Если нельзя допускать окисления краев обрабатываемого металла, то прекрасно работает технология лазерной резки в инертном газе. Она подходит для таких металлов, как титан, нержавейка, сплавы алюминия. Данная технология не предусматривает использования дополнительного источника нагрева, что, к сожалению, уменьшает эффективность раскроя металла.

Скорость проведения работ в среде инертного газа, а им может быть аргон, использующийся при резке титана, или азот, применяемый в иных случаях, достаточно низкая. Давление режущего газа должно быть более 10 атм. От ширины листа обрабатываемого металла зависит диаметр сопла. А он, соответственно, оказывает влияние на количество используемого газа, увеличивая его. Что сказывается на увеличении стоимости резки.