การตัดด้วยเลเซอร์และระบบการประมวลผล

การตัดด้วยเลเซอร์แอปพลิเคชัน

เลเซอร์ CO2 แบบไหลตามแนวแกนเร็วส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการตัดด้วยเลเซอร์ของวัสดุโลหะ เนื่องจากมีคุณภาพลำแสงที่ดีเป็นหลักแม้ว่าค่าการสะท้อนแสงของโลหะส่วนใหญ่กับลำแสงเลเซอร์ CO2 จะค่อนข้างสูง แต่ค่าการสะท้อนแสงของพื้นผิวโลหะที่อุณหภูมิห้องจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิและระดับออกซิเดชันที่เพิ่มขึ้นเมื่อพื้นผิวโลหะเสียหาย ค่าสะท้อนแสงของโลหะจะใกล้เคียงกับ 1 สำหรับการตัดด้วยเลเซอร์โลหะ จำเป็นต้องใช้กำลังเฉลี่ยที่สูงกว่า และมีเพียงเลเซอร์ CO2 กำลังสูงเท่านั้นที่จะเกิดสภาวะนี้

1. การตัดวัสดุเหล็กด้วยเลเซอร์

1.1 การตัดด้วยเลเซอร์ CO2 อย่างต่อเนื่อง พารามิเตอร์กระบวนการหลักของการตัดด้วยเลเซอร์ CO2 อย่างต่อเนื่อง ได้แก่ กำลังเลเซอร์ ประเภทและความดันของก๊าซเสริม ความเร็วตัด ตำแหน่งโฟกัส ความลึกโฟกัส และความสูงของหัวฉีด

(1) กำลังเลเซอร์ กำลังเลเซอร์มีอิทธิพลอย่างมากต่อความหนาของการตัด ความเร็วในการตัด และความกว้างของรอยบากเมื่อพารามิเตอร์อื่นๆ คงที่ ความเร็วตัดจะลดลงตามความหนาของแผ่นตัดที่เพิ่มขึ้น และเพิ่มขึ้นตามกำลังเลเซอร์ที่เพิ่มขึ้นกล่าวอีกนัยหนึ่ง ยิ่งพลังเลเซอร์มากขึ้น แผ่นที่สามารถตัดได้หนาขึ้น ความเร็วในการตัดก็จะเร็วขึ้น และความกว้างของรอยบากก็จะใหญ่ขึ้นเล็กน้อย

(2) ประเภทและความดันของก๊าซเสริม ในการตัดเหล็กคาร์บอนต่ำ CO2 จะถูกใช้เป็นก๊าซเสริมเพื่อใช้ความร้อนของปฏิกิริยาการเผาไหม้ของเหล็กและออกซิเจนเพื่อส่งเสริมกระบวนการตัดความเร็วในการตัดสูงและคุณภาพของรอยบากดี โดยเฉพาะการกรีดที่ไม่มีตะกรันเหนียวเมื่อตัดเหล็กสแตนเลส จะใช้ CO2ตะกรันติดง่ายที่ด้านล่างของแผลมักใช้ก๊าซผสม CO2 + N2 หรือก๊าซสองชั้นความดันของก๊าซเสริมมีผลกระทบอย่างมากต่อเอฟเฟกต์การตัดการเพิ่มแรงดันแก๊สอย่างเหมาะสมจะช่วยเพิ่มความเร็วในการตัดโดยไม่มีตะกรันเหนียว เนื่องจากโมเมนตัมการไหลของแก๊สเพิ่มขึ้นและความสามารถในการกำจัดตะกรันดีขึ้นอย่างไรก็ตาม หากแรงดันสูงเกินไป พื้นผิวที่ตัดจะหยาบผลกระทบของแรงดันออกซิเจนต่อความหยาบเฉลี่ยของพื้นผิวรอยบากแสดงไว้ในภาพด้านล่าง

ความดันของร่างกายยังขึ้นอยู่กับความหนาของแผ่นด้วยเมื่อตัดเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำด้วยเลเซอร์ CO2 ขนาด 1kW ความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันออกซิเจนและความหนาของแผ่นจะแสดงดังรูปด้านล่าง

(3) ความเร็วในการตัด ความเร็วตัดมีผลกระทบอย่างมากต่อคุณภาพการตัดภายใต้เงื่อนไขบางประการของกำลังเลเซอร์ จะมีค่าวิกฤตด้านบนและด้านล่างที่สอดคล้องกันสำหรับความเร็วตัดที่ดีเมื่อตัดเหล็กคาร์บอนต่ำหากความเร็วในการตัดสูงหรือต่ำกว่าค่าวิกฤต จะเกิดการเกาะติดของตะกรันเมื่อความเร็วตัดต่ำ เวลาการทำงานของปฏิกิริยาออกซิเดชั่นความร้อนที่คมตัดจะเพิ่มขึ้น ความกว้างของการตัดจะเพิ่มขึ้น และพื้นผิวการตัดจะหยาบเมื่อความเร็วตัดเพิ่มขึ้น รอยบากจะค่อยๆแคบลงจนกระทั่งความกว้างของรอยบากด้านบนเท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางของจุดขณะนี้แผลมีลักษณะเป็นรูปลิ่มเล็กน้อย ด้านบนกว้าง และด้านล่างแคบเนื่องจากความเร็วในการตัดเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ความกว้างของรอยบากด้านบนยังคงเล็กลง แต่ส่วนล่างของรอยบากจะกว้างขึ้นและกลายเป็นรูปร่างลิ่มกลับด้าน

(5) ความลึกของโฟกัส

ระยะชัดลึกมีผลกระทบต่อคุณภาพของพื้นผิวการตัดและความเร็วในการตัดเมื่อตัดแผ่นเหล็กที่มีขนาดค่อนข้างใหญ่ ควรใช้ลำแสงที่มีความลึกโฟกัสมากเมื่อตัดแผ่นบาง ๆ ควรใช้ลำแสงที่มีความลึกโฟกัสเล็กน้อย

(6) ความสูงของหัวฉีด

ความสูงของหัวฉีดหมายถึงระยะห่างจากพื้นผิวปลายของหัวฉีดแก๊สเสริมถึงพื้นผิวด้านบนของชิ้นงานความสูงของหัวฉีดมีขนาดใหญ่ และโมเมนตัมของกระแสลมเสริมที่ปล่อยออกมานั้นผันผวนได้ง่าย ซึ่งส่งผลต่อคุณภาพและความเร็วของการตัดดังนั้น เมื่อตัดด้วยเลเซอร์ ความสูงของหัวฉีดจะลดลง โดยทั่วไปคือ 0.5~2.0 มม.

1 ด้านเลเซอร์

ก.เพิ่มพลังเลเซอร์การพัฒนาเลเซอร์ที่ทรงพลังยิ่งขึ้นเป็นวิธีการโดยตรงและมีประสิทธิภาพในการเพิ่มความหนาของการตัด

ข.การประมวลผลพัลส์เลเซอร์พัลซิ่งมีกำลังสูงสุดที่สูงมากและสามารถเจาะแผ่นเหล็กหนาได้การใช้เทคโนโลยีการตัดด้วยเลเซอร์พัลส์ความกว้างพัลส์ความถี่สูงความถี่สูงสามารถตัดแผ่นเหล็กหนาได้โดยไม่ต้องเพิ่มกำลังเลเซอร์ และขนาดรอยบากจะเล็กกว่าการตัดด้วยเลเซอร์อย่างต่อเนื่อง

ค.ใช้เลเซอร์ใหม่

②ระบบออปติคัล

ก.ระบบออพติคอลแบบปรับได้ความแตกต่างจากการตัดด้วยเลเซอร์แบบเดิมคือไม่จำเป็นต้องวางโฟกัสไว้ใต้พื้นผิวการตัดเมื่อตำแหน่งโฟกัสผันผวนขึ้นและลงไม่กี่มิลลิเมตรตามทิศทางความหนาของแผ่นเหล็ก ความยาวโฟกัสในระบบออพติคอลแบบปรับได้จะเปลี่ยนไปตามการเปลี่ยนตำแหน่งโฟกัสการเปลี่ยนแปลงทางยาวโฟกัสขึ้นและลงเกิดขึ้นพร้อมกับการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ระหว่างเลเซอร์กับชิ้นงาน ทำให้ตำแหน่งโฟกัสเปลี่ยนขึ้นลงตามความลึกของชิ้นงานกระบวนการตัดซึ่งตำแหน่งโฟกัสเปลี่ยนแปลงไปตามสภาวะภายนอก ทำให้เกิดการตัดคุณภาพสูงได้ข้อเสียของวิธีนี้คือความลึกของการตัดมีจำกัด โดยทั่วไปแล้วจะไม่เกิน 30 มม.

ข.เทคโนโลยีการตัดแบบสองชั้นเลนส์พิเศษใช้เพื่อโฟกัสลำแสงสองครั้งที่ส่วนต่างๆดังแสดงในรูปที่ 4.58 D คือเส้นผ่านศูนย์กลางของส่วนตรงกลางเลนส์และเป็นเส้นผ่านศูนย์กลางของส่วนขอบของเลนส์รัศมีความโค้งที่ศูนย์กลางเลนส์มีขนาดใหญ่กว่าพื้นที่โดยรอบ ทำให้เกิดโฟกัสสองเท่าในระหว่างกระบวนการตัด โฟกัสด้านบนจะอยู่ที่พื้นผิวด้านบนของชิ้นงาน และโฟกัสด้านล่างจะอยู่ใกล้กับพื้นผิวด้านล่างของชิ้นงานเทคโนโลยีการตัดด้วยเลเซอร์แบบโฟกัสคู่แบบพิเศษนี้มีข้อดีหลายประการสำหรับการตัดเหล็กเหนียว ไม่เพียงแต่สามารถรักษาลำแสงเลเซอร์ความเข้มสูงบนพื้นผิวด้านบนของโลหะให้ตรงตามเงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับการติดไฟของวัสดุ แต่ยังรักษาลำแสงเลเซอร์ความเข้มสูงไว้ใกล้กับพื้นผิวด้านล่างของโลหะด้วย เพื่อตอบสนองความต้องการในการจุดระเบิดความจำเป็นในการตัดที่สะอาดตลอดช่วงความหนาของวัสดุเทคโนโลยีนี้ขยายขอบเขตของพารามิเตอร์เพื่อให้ได้การตัดคุณภาพสูงเช่น การใช้ CO2 ขนาด 3kWเลเซอร์ ความหนาในการตัดแบบธรรมดาสามารถเข้าถึงได้เพียง 15 ~ 20 มม. ในขณะที่ความหนาของการตัดโดยใช้เทคโนโลยีการตัดแบบโฟกัสคู่สามารถเข้าถึงได้ 30 ~ 40 มม.

3. หัวฉีดและการไหลของอากาศเสริม

ออกแบบหัวฉีดอย่างเหมาะสมเพื่อปรับปรุงลักษณะสนามการไหลของอากาศเส้นผ่านศูนย์กลางของผนังด้านในของหัวฉีดความเร็วเหนือเสียงจะหดตัวลงก่อนแล้วจึงขยายออก ซึ่งสามารถสร้างกระแสลมเหนือเสียงที่ทางออกได้แรงดันอากาศอาจสูงมากโดยไม่สร้างคลื่นกระแทกเมื่อใช้หัวฉีดความเร็วเหนือเสียงสำหรับการตัดด้วยเลเซอร์ คุณภาพการตัดก็เหมาะอย่างยิ่งเช่นกันเนื่องจากแรงดันตัดของหัวฉีดความเร็วเหนือเสียงบนพื้นผิวชิ้นงานค่อนข้างคงที่ จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการตัดด้วยเลเซอร์ของแผ่นเหล็กหนา