Принцип работы лазерной резки металла

Лазерная резка металла представляет собой высокотехнологичный процесс термического разделения материалов при помощи сфокусированного лазерного луча высокой мощности. Метод отличается высокой точностью, качеством кромки и возможностью обработки сложных контуров без дополнительной механической доработки.

Основным элементом процесса является лазерный излучатель, генерирующий пучок электромагнитного излучения в диапазоне от инфракрасного до ультрафиолетового спектра. Наиболее распространены твердотельные (волоконные, на кристалле Nd:YAG) и газовые (CO2) лазеры.

Волоконные лазеры обеспечивают высокую эффективность и стабильность излучения при компактных габаритах оборудования.

Излучаемый лазерный пучок формируется оптической системой, включающей зеркала и линзы, для получения минимального диаметра фокусировки в рабочей зоне. Фокусировка обеспечивает высокую плотность энергии, необходимую для локального нагрева материала до температуры плавления или испарения.

Процесс резки начинается с подачи сфокусированного луча на поверхность металла.

Энергия лазера поглощается материалом, что приводит к его резкому нагреву и переходу в жидкое или газообразное состояние в зоне воздействия. Для удаления расплава или паров из зоны реза используется вспомогательный газ, подаваемый с высокой скоростью через сопло резака.

В зависимости от типа металла и требований к качеству реза применяют кислород, азот или сжатый воздух.

Кислородная резка используется для углеродистых сталей и сопровождается экзотермической реакцией окисления, дополнительно повышающей температуру в зоне реза. Азотная резка обеспечивает высокое качество кромки без окисления, что критично для нержавеющих сталей и цветных металлов.

Применение сжатого воздуха как вспомогательной среды является экономически целесообразным для резки тонких листов и менее ответственных изделий.

Качество реза определяется параметрами лазерного излучения (мощность, длина волны, частота импульсов при импульсном режиме работы), скоростью подачи резака, фокусным расстоянием оптики и характеристиками вспомогательного газа. Оптимизация этих параметров позволяет достичь минимальной ширины реза, гладкости кромок и отсутствия термических деформаций.

Лазерная резка делится на несколько технологических методов: плавленческая резка, реактивная резка, сублитерационная резка и расщепление по трещине.

Плавленческая резка наиболее распространена для металлов и основана на удалении расплава струей газа. Реактивная резка задействует окисление материала, повышая эффективность процесса. Сублитерационная резка применима для тонких листов, а расщепление используется преимущественно для хрупких материалов.

Современные установки лазерной резки интегрируются с системами ЧПУ, что обеспечивает автоматизацию процесса, высокую повторяемость операций и возможность обработки сложных геометрических форм без значительного увеличения времени на переналадку оборудования.

Программное обеспечение позволяет оптимизировать траектории реза, минимизировать потери материала и автоматически корректировать параметры процесса в реальном времени.

Контроль качества осуществляется визуальным осмотром, измерением геометрических параметров кромки, а также применением неразрушающих методов для выявления внутренних дефектов в зоне термического воздействия.

Параметры приемки устанавливаются в соответствии с отраслевыми стандартами и требованиями конкретного заказчика.

Преимуществами лазерной резки металла являются высокая скорость обработки, точность позиционирования, малая ширина реза, минимальное термическое влияние на материал и возможность автоматизации массового производства. Ограничениями остаются высокая стоимость оборудования и энергоёмкость процесса, особенно при резке толстостенных материалов.

Таким образом, лазерная резка металла представляет собой высокоэффективную технологию, сочетающую точность, производительность и универсальность применения в различных отраслях промышленности.

Твитнуть