Лазерная резка металла — технологии и оборудование



Лазерная резка металлаОдин из самых прогрессивных методов металлообработки — лазерная резка металла, которая на сегодняшний день применяется в различных отраслях производства и промышленности.

Лазерное излучение имеет достаточно высокую мощность, которая может быть сконцентрировано на минимальной площади поверхности (всего несколько микрон) обрабатываемой детали. Именно благодаря этому и осуществляется тепловое воздействие, обеспечивающее резку различных материалов, в том числе и металлов.

Физика процесса

В отличие от обычного светового излучения луч лазера имеет несколько другие физические свойства, что позволяет применять его для резки.

К таким особенностям следует отнести:

  • Монохроматичность — луч лазера обладает «одноцветностью», то есть он обладает статичной (постоянной) частотой и длиной волны. Благодаря этому появляется сфокусировать его наиболее точно.
  • Направленность — благодаря этому качеству лазерное излучение выходит из установки пучком с низким коэффициентом рассеивания, что и позволяет сконцентрировать луч на минимальной площади поверхности детали.
  • Когерентность — согласованное протекание волновых процессов в луче лазера приводит к появлению эффекта резонанса, который и обеспечивает существенное повышение мощности излучения.

Благодаря всем этим физическим свойствам появилась возможность сконцентрировать огромную энергию на малой площади детали (до 10 МВт/см2), чем и обеспечивается лазерная резка по металлу и другим материалам.

Существующие технологии резки лазером

Резка металла лазеромНа сегодняшний день широко применяются два способа лазерной резки — плавлением и испарением. При этом второй способ отличается большей чистотой и качеством, но требует значительных энергозатрат. Учитывая то, что КПД многих установок недостаточно высок, то испарение применяется в основном при обработке заготовок с минимальной толщиной, например, художественная лазерная резка металлов в ювелирном деле.

Рассмотрим обе эти технологии более детально:

  • При резке испарением происходят следующие процессы. Первоначально до температуры плавления нагреваются поверхностные слои металла. При проникновении луча вглубь заготовки, зона плавления также смещается, а верхние слои в этот же время нагреваются до температуры кипения, благодаря чему и происходит испарение материала. Повторимся еще раз, данная технология требует значительных затрат энергии, поэтому широкого применения она не получила.
  • Чаще всего применяется оборудование для резки металла по газолазерной технологии. В чем-то данный метод сходен со стандартной газовой резки с применением кислорода, разница заключается только в источнике разогрева до температуры плавления.
    При достижении температуры плавления на поверхности обрабатываемой детали, в зону резки подается струя газа, которой и производится удаление расплавленного металла из рабочей зоны. В качестве рабочего газа может применяться кислород, различные инертные вещества или их смеси.

Виды лазерного оборудования

В промышленных устройствах применяют различные типы лазеров, которые отличаются мощностью и другими параметрами излучения. Основное отличие заключается в различных материалах, применяемых в качестве активного тела, увеличивающего мощность светового излучения.

Подробнее о различиях и видах лазерного оборудования:

  • Твердотельные лазерыТвердотельные лазеры. Активный стержень может быть сделан из рубина, алюмоиттриевого граната или неодимового стекла. Создаваемые лампой накачки импульсы светового излучения приводят к возбуждению атомов активного тела, в результате чего происходит значительное увеличение мощности излучения. После многократного отражения лазерного луча он фокусируется и выходит из установки через зеркало, отличающееся полупрозрачностью.
    Такие лазерные установки отличаются невысокой мощностью, которая чаще всего не превышает 5-6 кВт. Они способны работать в различных режимах (непрерывном или импульсном).
    Таким оборудованием осуществляется лазерная порезка металла (алюминий, медь, латунь), применять его для работы с неметаллическими материалами нецелесообразно.
  • Газовые лазеры. В этом оборудовании роль активного тела играет газ, который может прокачиваться в продольном или поперечном направлении, при этом вторые модификации применяются в более мощных устройствах (до 20 кВт).
    Энергетическое возбуждение атомов газа осуществляется при помощи электрического разряда.
  • Большим спросом пользуются и щелевые газы, с поперечной прокачкой углекислым газом. Мощность таких устройств в принципе невысока (до 8 кВт), но они отличаются небольшими габаритными размерами, что позволяет их применять в различных сферах.
    Однородность и устойчивость разряда обеспечена высокочастотной прокачкой активного газа, а надежность устройства обеспечивается небольшой щелью между питающими электродами, что позволяет улучшить отвод тепла из рабочей зоны.
    Такие установки могут применяться для работы с различными материалами (металлами и неметаллами), кроме того, их отличает минимальный коэффициент расхождения (рассеивания) луча, благодаря чему появилась возможность увеличить расстояние от обрабатываемой детали до лазерного аппарата.
  • Одни из самых мощных существующих лазерных установок — газодинамические (до 150 кВт и более). Такая мощность обеспечена прокачкой нагретого газа со сверхзвуковой скоростью. Такие установки используются в промышленных условиях, ЧПУ лазерная резка металла на таком оборудовании отличается высокой производительностью и точностью.

Но стоит сказать о том, что такое оборудование отличается сложностью и высокой стоимостью, поэтому встретить его можно на редких предприятиях.





Комментарии запрещены.

Похожие статьи