برش لیزری

برش لیزری فلزات به دلیل ‌دقت، کارایی، تطبیق پذیری و مقرون به صرفه بودن، محبوبیت گسترده‌ای در صنایع به دست آورده است. یکی از مزایای بزرگ این است که می‌تواند هزینه‌های ابزارآلات را از طریق حذف قالب‌ها، به حداقل رساندن ضایعات مواد و افزایش انعطاف‌پذیری تولید به میزان قابل توجهی کاهش دهد و در زیر فهرست کوتاهی از مزایای آن آمده است:

 

 

ویژگی های برش لیزری مواد مختلف فلزی

 

آلومینیوم

ضخامت: معمولاً تا 20 میلی‌متر با لیزرهای فیبر{1} با قدرت بالا (بیشتر یا مساوی 6 کیلو وات)، ورق‌های نازک (1 تا 6 میلی‌متر) بهترین کیفیت را به دست می‌آورند.

عرض کرف‌: ۰.۱–۰.۳ میلی‌متر، تحت تأثیر بازتاب مواد و گاز کمکی (نیتروژن برای جلوگیری از اکسیداسیون ترجیح داده می‌شود). مواد ضخیم تر (±0.15 میلی متر) به دلیل اعوجاج حرارتی.

هنگام استفاده از نیتروژن، لبه های با کیفیت و صاف را با حداقل رسوب برش دهید.

خطر اکسیداسیون با کمک اکسیژن، نیاز به پردازش پس از-.

لیزرهای فیبر دارای مزایای بسیار کمی هستند که آنها را به گزینه های ترجیحی برش فلز برای آلومینیوم تبدیل می کند:

 

√چگالی توان بالا-، انرژی آنها را در یک نقطه بسیار کوچک متمرکز می‌کند و امکان برش کارآمد را حتی با مواد بازتابنده مانند آلومینیوم فراهم می‌کند.

√سرعت برش سریع، قدرت بالا و کیفیت پرتو عالی لیزرهای فیبر امکان برش سریع و افزایش بهره وری را فراهم می کند.

√منطقه تحت تأثیر گرما به حداقل (HAZ){0}}، می‌تواند گرمای کمتری نسبت به سایر انواع لیزر تولید کند و در نتیجه برش‌های تمیزتر با اعوجاج حرارتی کمتری ایجاد می‌کند.

√تطبیق پذیری، می تواند طیف گسترده ای از ضخامت ها و آلیاژهای آلومینیوم را برش دهد.

 

ملاحظات برش لیزری آلومینیوم

 

عوامل بسیار مهم کمی در برش لیزری صوتی بر روی مواد آلومینیومی دخیل هستند و اپراتورها همیشه باید جنبه های زیر را در نظر بگیرند:

 

√گزینه گاز کمکی، نیتروژن اغلب برای برش آلومینیوم ترجیح داده می‌شود، زیرا برش‌های{0} بدون اکسید تولید می‌کند، در عین حال اکسیژن اغلب برای مواد ضخیم‌تر استفاده می‌شود، اما ممکن است منجر به اکسید شدن لبه شود. نقطه ضعف نیتروژن هزینه است.

√نقطه فوکوس، عاقلانه است که موقعیت فوکوس را نسبت به سطح مواد قبل از شروع برش انبوه امتحان کنید، و یک اپراتور باتجربه همیشه تنظیم را برای فوکوس مثبت یا منفی امتحان می کند که گاهی اوقات کیفیت برش را بهبود می بخشد.

√سرعت برش، برای یافتن تعادل مناسب بین سرعت برش و قدرت بسیار مهم است، زیرا سرعت پایین می‌تواند گرمای بیش از حد ورودی ایجاد کند، در حالی که سرعت بالا ممکن است به نفوذ کامل نرسد.

√تمیزی، اپراتور باید همیشه اطمینان حاصل کند که ورق های آلومینیومی تمیز و عاری از روغن یا آلاینده هایی است که می تواند بر کیفیت برش تاثیر بگذارد.

√مدیریت حرارتی، فواصل زمانی سرد{0}}برای جلوگیری از تجمع گرما که می‌تواند باعث تغییر شکل مواد شود.

√کیفیت لبه، اپراتور باید در صورت مشاهده مسائلی مانند تشکیل تفاله یا ذوب بیش از حد، پارامترها را تنظیم کند.

 

مسائل مربوط به کیفیت آلومینیوم برش لیزری

 

 

سردردهای کمی در مورد پژمرده شدن لوله ها، ورق ها یا صفحات آلومینیوم برش لیزری وجود دارد و اگر بتوانید این موانع را درک کنید، می تواند به شما کمک کند تا به نتایج مطلوب برسید و در عین حال هزینه برش فلز خود را به حداقل برسانید.

 

√انعکاس، تقریباً چالش اصلی در برش لیزری آلومینیوم است، زیرا همچنین می تواند باعث انعکاس پشتی شود که به دستگاه آسیب می رساند. آلومینیوم به طور طبیعی بخش قابل توجهی از پرتو لیزر را منعکس می کند که می تواند بازده برش را کاهش دهد و در صورت عدم مدیریت صحیح به سیستم لیزر آسیب برساند. این انعکاس، استفاده از انواع لیزر و سطوح قدرت خاص را برای اطمینان از برش موثر ضروری می کند و به همین دلیل، لیزر فیبر یک انتخاب بسیار محبوب است.

√رسانایی حرارتی، هدایت حرارتی خوب، برش لیزری را بسیار چالش برانگیز می کند، زیرا مواد به سرعت گرما را از بین می برند، که می تواند رسیدن به ذوب موضعی مورد نیاز برای برش های دقیق را دشوار کند. بنابراین، هدایت گرمایی خوب می‌تواند منجر به پهنای دهانه بیشتر و مناطق تحت تأثیر گرما{1}}در اطراف لبه‌های بریده شود.

√لایه اکسید، لایه نازک اکسیدی که روی سطوح آلومینیومی تشکیل می‌شود معمولاً با فرآیند برش لیزری تداخل می‌کند، و نقطه ذوب بالاتری نسبت به خود آلومینیوم دارد، که به طور بالقوه باعث ناهماهنگی در کیفیت برش یا نیاز به نیروی اضافی برای نفوذ می‌شود.

√ساختار مولکولی، ساختار مولکولی چکش‌خوار آن گاهی اوقات می‌تواند به کیفیت لبه کمتر دلخواه منجر شود، و اغلب لبه‌ها در امتداد لبه‌های برش خورده ایجاد می‌کند یا اثر ذوب خفیفی را در لبه‌های بریده نشان می‌دهد، برای برخی از پروژه‌های پرتقاضا، پس از{0} پردازش لازم است.

 

فولاد ضد زنگ

 

 

√ تنظیم قدرت، بسته به ضخامت و نوع مواد فولاد ضد زنگ، و مهم است که سوراخ برش لیزری با مرکز نازل هم محور باشد. گزینه محبوب قدرت به شرح زیر نشان داده شده است:

1. صفحه نازک (1-3 میلی متر)، قدرت 1000-2000 وات با محافظت از نیتروژن برای جلوگیری از تغییر شکل حرارتی

2. صفحه متوسط ​​(10-25 میلی متر)، قدرت 4000-6000 وات توصیه می شود و از اکسیژن برای کاهش عیوب سرباره استفاده می شود.

‌3. Extra thick plate (>50 میلی متر): 12000 وات + توان در ترکیب با فناوری سوراخ های متعدد مورد نیاز است، در حالی که ثبات فشار گاز را برای کاهش وضعیت مخروطی کنترل می کند.

 

√ اندازه نازل، شکل جریان گاز ورودی به برش، ناحیه انتشار گاز و سرعت جریان گاز را تعیین می کند و در نتیجه بر پایداری حذف مذاب و برش تاثیر می گذارد. جریان هوای ورودی به برش زیاد است، سرعت بالا است و موقعیت قطعه کار در جریان هوا مناسب است، توانایی پاشش برای حذف مواد مذاب قوی‌تر است. هرچه فولاد ضد زنگ ضخیم‌تر باشد، نازل بزرگ‌تر باید استفاده شود، تنظیم شیر متناسب بزرگ‌تر است، و هر چه سرعت جریان بیشتر باشد، می‌توان از فشار اطمینان حاصل کرد و اثر بخش عادی را کاهش داد. قطر نازل توصیه شده برای برش ضخامت های مختلف فولاد ضد زنگ به شرح زیر است:

1. 1mm, φ1.0mm

2. 2-3mm, φ1.5mm

3. 3-5mm, φ2.0mm

4. 5-10mm,φ 3.0mm +

 

√ نوع گاز کمکی، اکسیژن، نیتروژن و هوا معمولاً برای برش لیزری فولاد ضد زنگ استفاده می شود و هر کدام تأثیر متفاوتی بر کیفیت برش دارند. اکسیژن تحت یک واکنش گرمازا قرار می گیرد و حرارت اضافی را به سطح برش اضافه می کند که لبه برش صاف تری ایجاد می کند، با این حال، لبه برش رنگ زرد ایجاد می کند. نیتروژن می تواند رنگ اصلی فولاد ضد زنگ را از اکسیده شدن حفظ کند و برش با نیتروژن به دلیل عدم واکنش اکسیداسیون گرمازا باعث ایجاد عرض باریکی می شود، بنابراین فشارهای نیتروژن بالاتری برای بیرون راندن فلز مذاب از قسمت پایینی مورد نیاز است. بنابراین، نیتروژن گاز دستیار ترجیحی برای برش فولاد ضد زنگ است. گاز کمکی به صورت هم محور بر روی قطعه کار در کنار پرتو لیزر هدایت می شود و هدف اصلی آن بیرون راندن مواد مذاب از پوسته و جلوگیری از تشکیل تفاله است.

 

√ موقعیت کانونی، ضخامت صفحه مختلف و نمرات فولاد ضد زنگ نیاز به موقعیت کانونی متفاوتی دارد. قبل از برش، تمرکز صفر واقعی اندازه گیری می شود و آزمایش و تجزیه و تحلیل پارامترهای فرآیند برش را می توان با تمرکز صفر به عنوان معیار انجام داد. فوکوس منفی جهت انتخاب فرآیند اصلی برای برش فولاد ضد زنگ است. هنگام برش صفحات ضخیم، فوکوس باید در داخل صفحه (معمولاً 1/3 تا 1/4 ضخامت صفحه) تنظیم شود تا توزیع انرژی بهینه شود.

 

√ تنظیم فرکانس،-برش با فرکانس بالا (400-500 هرتز) می تواند باقیمانده سرباره را کاهش دهد و کیفیت برش را برای صفحه نازک و برای قطعات کار با دقت بالا بهبود بخشد. هنگام برش صفحات با ضخامت متوسط ​​(6-10 میلی متر)، کاهش فرکانس به 200-300 هرتز می تواند کیفیت برش را بهبود بخشد، اگر تنظیم روی 100 هرتز باعث شکست برش شود.

 

√ چرخه وظیفه، چرخه وظیفه 53٪ مقدار بحرانی است. اگر به کاهش چرخه کاری ادامه دهید، آثار برش ناقص در سطح زیرین وجود خواهد داشت، چرخه کاری به 60٪ افزایش می یابد و بخش ناصاف و لایه ای می شود. چرخه وظیفه پالس به نسبت زمان تابش پرتو در هر پالس اشاره دارد.

 

فولاد کربن

 

 

برش لیزری فولاد کربنی معمولاً به محدوده توان خاص، ضخامت فولاد و همچنین قطر نازل نیاز دارد، و در زیر یک تنظیم پارامتر ثابت محبوب توسط بسیاری از تولیدکنندگان انتخاب شده است:

 

√ضخامت فولاد: 1.0-3.0 میلی متر 1-2 کیلووات با نازل 1.0-1.5 میلی متر

√ضخامت فولاد: 3.0-6.0mm 2-4 Kw با نازل 1.5-2.0mm

√ضخامت فولاد 6.0-10.0 میلی متر، 4-6 کیلو وات با نازل 2.0-2.5 میلی متر

√ضخامت فولاد در بالا به توان 6K+ Kw نیاز دارد و اندازه نازل اغلب بزرگتر از 2.5 میلی متر است.

 

برش لیزری ملاحظات فولاد کربنی

 

ورق کربنی 8 میلی متری

هنگام بحث در مورد چگونگی تعیین بهترین پارامترهای فرآیند برای برش لیزری، معمولاً باید چندین فاکتور کلیدی از جمله قدرت لیزر، سرعت برش، نوع گاز، اندازه نازل و فشار را در نظر بگیریم. با تنظیم صحیح این پارامترها، می توان اثر برش لیزری صفحات فولاد کربنی را بهینه کرد و راندمان تولید و کیفیت برش را بهبود بخشید. علاوه بر این، الگوهای مختلف برش بر انتخاب و تنظیم پارامترهای فرآیند برش تأثیر می گذارد که به نوبه خود بر سرعت و کیفیت برش تأثیر می گذارد. اپراتور باید بداند که آزمایش ها و پارامترهای بهینه سازی باید قبل از برش انبوه حل شوند. در عین حال، با تلاش مستمر و بهینه سازی، می توانیم به تدریج تجربه جمع آوری کنیم و دقت و کارایی برش را بهبود بخشیم. پس از یک سری آزمایش، می‌توانیم پارامترهای فرآیند بهینه را برای دستگاه برش لیزری فیبر متوسط{5}}برای برش فولاد کربنی با ضخامت 8 میلی‌متر بدست آوریم. در مرحله بعد، انتخاب و تنظیمات برش لیزری فولاد کربنی 8 میلی متری و 3 میلی متری را به طور عمیق بررسی خواهیم کرد.

 

√نوع لیزر: لیزر فیبر

√سرعت برش: 13mm/s

√قدرت: 5 کیلووات

√موقعیت کانونی:+3.2 میلی متر

√اندازه نازل: 2.3 میلی متر

√گاز کمکی: اکسیژن

√فشار گاز در 0.04 مگا پاسکال.

√فرکانس سوراخ: 80 هرتز

 

ورق فولادی کربن 3 میلی متری

√نوع لیزر: لیزر فیبر

√سرعت برش: 70mm/s

√قدرت: 3 کیلووات

√موقعیت کانونی:+2 میلی متر

√اندازه نازل: 2.3 میلی متر

√گاز کمکی: اکسیژن

√فشار گاز در 0.35 مگا پاسکال.

√فرکانس سوراخ: 300 هرتز

 

در کاربردهای صنعتی، عرض کرف توسط لیزر CO2 به طور کلی حدود 0.2 تا 0.3 میلی متر است که به ویژه برای برش صفحات متوسط ​​و ضخیم مناسب است و همچنین به نوع برش لیزر و ضخامت مواد فولادی بستگی دارد. کمک اکسیژن عرض دهانه را افزایش می دهد اما سرعت را افزایش می دهد و برش لیزری نیتروژن دارای لبه های تمیز و بدون سرباره-می باشد در حالی که کمک اکسیژن باعث ایجاد سوراخ هایی می شود که نیاز به سنگ زنی ثانویه دارند.

مس و برنج

 

 

بازتاب، رسانایی و تطبیق پذیری بالای مس و برنج چالش های منحصر به فردی را برای برش لیزری ایجاد کرده است و دو عامل اصلی بازتاب و هدایت حرارتی هستند که بر کارایی و دقت برش لیزر تأثیر می گذارند. لیزر فیبر به طور گسترده ای برای غلبه بر این چالش ها استفاده می شود و اپراتور باید پارامترهای زیر را هنگام انجام برش لیزری بر روی فلزات بازتابنده مانند فولاد ضد زنگ، مس آلومینیوم و برنج در نظر بگیرد:

 

√طول موج، طول موج 1 میکرومتر، که می‌تواند به خوبی توسط فلزات بازتابنده مانند مس، آلومینیوم و فولاد ضد زنگ جذب شود، معمولاً برای لیزر فیبر توصیه می‌شود.

√قدرت و پالس، تنظیم توان لیزر و مدت زمان پالس برای بهینه سازی فرآیند برش برای جلوگیری از تجمع بیش از حد گرما و انعکاس بسیار معقول است. برای ورق‌های مسی نازک، روش سوراخ‌کردن پالس می‌تواند موثر باشد و شامل افزایش تدریجی قدرت لیزر بر روی یک سری پالس‌های کوتاه تا زمانی که مواد سوراخ شود، جلوگیری می‌کند و از بریدگی ناقص و تشکیل تفاله جلوگیری می‌کند.

√گاز کمکی، نیتروژن و اکسیژن در برش لیزری فلزات انعکاسی رایج هستند و می توانند به دفع مواد مذاب و جلوگیری از انعکاس کمک کنند.

√در فوکوس اپتیک، اطمینان از تمیز بودن و تراز مناسب اپتیک های فوکوس برای به حداقل رساندن انعکاس و بهینه سازی راندمان برش، حیاتی است.

√سیستم‌های ارسال پرتو،-سیستم‌های ارسال پرتو با کیفیت بالا با پوشش‌های بازتابنده می‌توانند به به حداقل رساندن انعکاس کمک کنند.

√کالیبراسیون پارامترهای برش مانند سرعت، قدرت و فاصله کانونی برای دستیابی به کیفیت برش مطلوب بدون ایجاد انعکاس بیش از حد یا تجمع گرما و برش آزمایشی در مقیاس کوچک قبل از شروع تولید انبوه به شدت توصیه می شود.