القطع بالليزر ونظام معالجته

القطع بالليزرطلب

يتم استخدام ليزر ثاني أكسيد الكربون ذو التدفق المحوري السريع في الغالب في قطع المواد المعدنية بالليزر، ويرجع ذلك أساسًا إلى جودة شعاعها الجيدة. على الرغم من أن انعكاسية معظم المعادن لأشعة ليزر ثاني أكسيد الكربون عالية جدًا، إلا أن انعكاسية سطح المعدن عند درجة حرارة الغرفة تزداد مع زيادة درجة الحرارة ودرجة الأكسدة. بمجرد تلف السطح المعدني، تقترب انعكاسية المعدن من 1. بالنسبة لقطع المعادن بالليزر، يلزم متوسط ​​طاقة أعلى، ولا يتمتع بهذه الحالة إلا ليزر ثاني أكسيد الكربون عالي الطاقة.

1. القطع بالليزر للمواد الفولاذية

1.1 القطع بالليزر المستمر لثاني أكسيد الكربون تتضمن معلمات العملية الرئيسية للقطع بالليزر المستمر لثاني أكسيد الكربون طاقة الليزر، ونوع الغاز المساعد وضغطه، وسرعة القطع، والموضع البؤري، والعمق البؤري، وارتفاع الفوهة.

(1) طاقة الليزر قوة الليزر لها تأثير كبير على سمك القطع، سرعة القطع وعرض الشق. عندما تكون المعلمات الأخرى ثابتة، تنخفض سرعة القطع مع زيادة سمك لوحة القطع وتزداد مع زيادة قوة الليزر. بمعنى آخر، كلما زادت قوة الليزر، كلما زادت سماكة اللوحة التي يمكن قطعها، وكلما زادت سرعة القطع، وكان عرض الشق أكبر قليلاً.

(2) نوع وضغط الغاز المساعد عند قطع الفولاذ منخفض الكربون، يتم استخدام ثاني أكسيد الكربون كغاز مساعد للاستفادة من حرارة تفاعل احتراق الحديد والأكسجين لتعزيز عملية القطع. سرعة القطع عالية وجودة الشق جيدة، خاصة أنه يمكن الحصول على الشق بدون خبث لزج. عند قطع الفولاذ المقاوم للصدأ، يتم استخدام ثاني أكسيد الكربون. من السهل لصق الخبث بالجزء السفلي من الشق. غالبًا ما يتم استخدام الغاز المختلط CO2 + N2 أو تدفق الغاز مزدوج الطبقة. إن ضغط الغاز المساعد له تأثير كبير على تأثير القطع. يمكن أن تؤدي زيادة ضغط الغاز بشكل مناسب إلى زيادة سرعة القطع دون الخبث اللزج بسبب زيادة زخم تدفق الغاز وتحسين قدرة إزالة الخبث. ومع ذلك، إذا كان الضغط مرتفعًا جدًا، يصبح سطح القطع خشنًا. يظهر تأثير ضغط الأكسجين على متوسط ​​خشونة سطح الشق في الشكل أدناه.

يعتمد ضغط الجسم أيضًا على سمك اللوحة. عند قطع الفولاذ منخفض الكربون باستخدام ليزر ثاني أكسيد الكربون بقدرة 1 كيلو وات، فإن العلاقة بين ضغط الأكسجين وسمك اللوحة موضحة في الشكل أدناه.

(3) سرعة القطع سرعة القطع لها تأثير كبير على جودة القطع. في ظل ظروف معينة من طاقة الليزر، هناك قيم حرجة عليا ودنيا مقابلة لسرعة القطع الجيدة عند قطع الفولاذ منخفض الكربون. إذا كانت سرعة القطع أعلى أو أقل من القيمة الحرجة، فسوف يحدث التصاق الخبث. عندما تكون سرعة القطع بطيئة، يتم تمديد وقت عمل حرارة تفاعل الأكسدة على حافة القطع، ويزداد عرض القطع، ويصبح سطح القطع خشنًا. ومع زيادة سرعة القطع، يصبح الشق أضيق تدريجياً حتى يعادل عرض الشق العلوي قطر البقعة. في هذا الوقت، يكون الشق على شكل إسفين قليلاً، واسع في الأعلى وضيق في الأسفل. مع استمرار زيادة سرعة القطع، يستمر عرض الشق العلوي في الصغر، لكن الجزء السفلي من الشق يصبح أوسع نسبيًا ويصبح على شكل إسفين مقلوب.

(5) عمق التركيز

عمق التركيز له تأثير معين على جودة سطح القطع وسرعة القطع. عند قطع ألواح فولاذية كبيرة نسبيًا، يجب استخدام شعاع ذو عمق بؤري كبير؛ عند قطع الصفائح الرقيقة، يجب استخدام شعاع ذو عمق بؤري صغير.

(6) ارتفاع الفوهة

يشير ارتفاع الفوهة إلى المسافة من السطح النهائي لفوهة الغاز المساعدة إلى السطح العلوي لقطعة العمل. ارتفاع الفوهة كبير، ومن السهل تقلب زخم تدفق الهواء المساعد الذي يتم إخراجه، مما يؤثر على جودة القطع وسرعته. لذلك، عند القطع بالليزر، يتم تقليل ارتفاع الفوهة بشكل عام، عادة من 0.5 إلى 2.0 مم.

① جوانب الليزر

أ. زيادة قوة الليزر. يعد تطوير أشعة ليزر أكثر قوة طريقة مباشرة وفعالة لزيادة سمك القطع.

ب. معالجة النبض. يتمتع الليزر النبضي بقدرة ذروة عالية جدًا ويمكنه اختراق الألواح الفولاذية السميكة. يمكن لتطبيق تقنية القطع بالليزر النبضي عالي التردد وضيق العرض النبضي قطع الألواح الفولاذية السميكة دون زيادة طاقة الليزر، ويكون حجم الشق أصغر من القطع بالليزر المستمر.

ج. استخدام الليزر الجديد

②النظام البصري

أ. النظام البصري التكيفي. الفرق عن القطع بالليزر التقليدي هو أنه لا يحتاج إلى وضع التركيز أسفل سطح القطع. عندما يتقلب موضع التركيز لأعلى ولأسفل بضعة ملليمترات على طول اتجاه سمك اللوحة الفولاذية، فإن الطول البؤري في النظام البصري التكيفي سيتغير مع تحول موضع التركيز. تتزامن التغييرات لأعلى ولأسفل في البعد البؤري مع الحركة النسبية بين الليزر وقطعة العمل، مما يتسبب في تغير موضع التركيز لأعلى ولأسفل على طول عمق قطعة العمل. يمكن لعملية القطع هذه، التي يتغير فيها موضع التركيز البؤري مع الظروف الخارجية، أن تنتج قطعًا عالية الجودة. عيب هذه الطريقة هو أن عمق القطع محدود، بشكل عام لا يزيد عن 30 مم.

ب. تكنولوجيا القطع ثنائية البؤرة. يتم استخدام عدسة خاصة لتركيز الشعاع مرتين على أجزاء مختلفة. كما هو موضح في الشكل 4.58، D هو قطر الجزء الأوسط من العدسة وهو قطر جزء حافة العدسة. نصف قطر الانحناء في مركز العدسة أكبر من المنطقة المحيطة، مما يشكل بؤرة مزدوجة. أثناء عملية القطع، يقع التركيز العلوي على السطح العلوي لقطعة الشغل، ويقع التركيز السفلي بالقرب من السطح السفلي لقطعة الشغل. تتميز تقنية القطع بالليزر ثنائية التركيز الخاصة هذه بالعديد من المزايا. بالنسبة لقطع الفولاذ الطري، فإنه لا يمكنه فقط الحفاظ على شعاع ليزر عالي الكثافة على السطح العلوي للمعدن لتلبية الظروف المطلوبة لإشعال المادة، ولكن أيضًا الحفاظ على شعاع ليزر عالي الكثافة بالقرب من السطح السفلي للمعدن لتلبية متطلبات الاشتعال. الحاجة إلى إنتاج قطع نظيفة عبر النطاق الكامل لسماكات المواد. تعمل هذه التقنية على توسيع نطاق المعلمات للحصول على قطع عالية الجودة. على سبيل المثال، باستخدام ثاني أكسيد الكربون بقدرة 3 كيلو وات. بالليزر، يمكن أن يصل سمك القطع التقليدي إلى 15 ~ 20 مم فقط، بينما يمكن أن يصل سمك القطع باستخدام تقنية القطع ذات التركيز المزدوج إلى 30 ~ 40 مم.

③فوهة وتدفق الهواء المساعد

تصميم الفوهة بشكل معقول لتحسين خصائص مجال تدفق الهواء. يتقلص قطر الجدار الداخلي للفوهة الأسرع من الصوت أولاً ثم يتوسع، مما يمكن أن يولد تدفق هواء أسرع من الصوت عند المخرج. يمكن أن يكون ضغط إمداد الهواء مرتفعًا جدًا دون توليد موجات صدمية. عند استخدام فوهة أسرع من الصوت للقطع بالليزر، تكون جودة القطع مثالية أيضًا. نظرًا لأن ضغط القطع للفوهة الأسرع من الصوت على سطح قطعة العمل مستقر نسبيًا، فهو مناسب بشكل خاص لقطع الألواح الفولاذية السميكة بالليزر.