دستگاه برش لیزر پرتو لیزری است که از لیزر ساطع میشود و از طریق یک سیستم مدار نوری به پرتو لیزری با چگالی بالا متمرکز میشود. پرتو لیزر سطح قطعه کار را تحت تابش قرار می دهد و باعث می شود قطعه کار به نقطه ذوب یا جوش برسد، در حالی که گاز پرفشار کواکسیال با پرتو، فلز مذاب یا تبخیر شده را از بین می برد. همانطور که تیر نسبت به موقعیت قطعه کار حرکت می کند، در نهایت شکافی در ماده ایجاد می کند که منجر به برش می شود. پردازش برش لیزری یک پرتو نامرئی به جای چاقوی مکانیکی سنتی، با دقت بالا، برش سریع، محدود به محدودیت های الگوی برش، تودرتو خودکار برای صرفه جویی در مواد، کرف صاف، هزینه های پردازش کم و سایر ویژگی ها است. موضوع زیر برای درک دقیق دانش.
اول، اصل دستگاه برش لیزری
لیزر نوعی نور است که مانند سایر نورهای طبیعی از جهش اتمی (مولکولی یا یونی و غیره) تولید می شود. اما متفاوت از نور معمولی است که لیزر فقط در دوره بسیار کوتاه اولیه بستگی به تابش خود به خودی دارد و پس از آن فرآیند کاملاً توسط تحریک تابش تعیین می شود ، بنابراین لیزر دارای رنگ بسیار خالص است ، تقریباً هیچ پراکندگی جهتی ندارد. ، شدت نور بسیار بالا و انسجام بالا.
برش لیزری با استفاده از انرژی با چگالی توان بالا تولید شده توسط تمرکز لیزر محقق می شود. تحت کنترل کامپیوتر، لیزر توسط پالس تخلیه می شود، به طوری که یک تکرار کنترل شده از نور لیزر پالسی با فرکانس بالا، تشکیل یک فرکانس مشخص، یک پهنای پالس مشخص از پرتو، پرتو لیزر پالسی از طریق مسیر نوری هدایت و انعکاس و از طریق گروه عدسی متمرکز که بر روی سطح جسم پردازش شده تمرکز می کند، یک نقطه ظریف و با چگالی انرژی بالا را تشکیل می دهد، نقطه کانونی در مجاورت سطح مورد پردازش قرار می گیرد، تا دمای بالا آنی. ذوب یا تبخیر مواد فرآوری شده ماده مورد پردازش در یک لحظه در دمای بالا ذوب یا تبخیر می شود. هر پالس لیزر پرانرژی فوراً یک سوراخ کوچک در سطح جسم ایجاد می کند. تحت کنترل کامپیوتر، هد پردازش لیزر و مواد مورد پردازش در یک حرکت نسبی پیوسته مطابق با یک الگوی از پیش ترسیم شده پانچ می شوند تا جسم به شکل دلخواه پردازش شود.
پارامترهای فرآیند درز برش (سرعت برش، توان لیزر، فشار گاز و غیره) و مسیر حرکت توسط سیستم CNC کنترل می شود، سرباره در درز برش با فشار معینی از گاز کمکی خارج می شود.
دوم، فرآیند اصلی دستگاه برش لیزری
1، برش تبخیر
در فرآیند برش تبخیر لیزری، دمای سطح مواد تا دمای نقطه جوش افزایش می یابد که سرعت آن بسیار سریع است، به اندازه ای که از انتقال حرارت ناشی از ذوب جلوگیری شود، بنابراین بخشی از ماده تبخیر شده به بخار ناپدید می شود، بخشی از مواد به عنوان خروجی از پایین شکاف توسط جریان گاز کمکی منفجر شد. در این مورد به قدرت لیزر بسیار بالایی نیاز است.
به منظور جلوگیری از متراکم شدن بخارات مواد بر روی دیواره های شکاف، ضخامت مواد نباید تا حد زیادی از قطر پرتو لیزر بیشتر شود. بنابراین این فرآیند فقط برای کاربردهایی مناسب است که باید از حذف مواد مذاب اجتناب شود. این فرآیند عملا فقط در تعداد بسیار کمی از کاربردها با آلیاژهای مبتنی بر آهن استفاده می شود.
این فرآیند را نمی توان برای موادی مانند چوب و برخی از سرامیک ها، که در حالت مذاب نیستند و در نتیجه احتمال تراکم مجدد با بخارات مواد کمتر است، استفاده کرد. علاوه بر این، این مواد معمولاً باید به سطحی بسیار ضخیم تر بریده شوند. در برش تبخیر لیزری، تمرکز پرتو بهینه به ضخامت مواد و کیفیت پرتو بستگی دارد. قدرت لیزر و گرمای تبخیر تنها تأثیر خاصی بر موقعیت فوکوس بهینه دارد. حداکثر سرعت برش با دمای تبخیر مواد برای یک ضخامت صفحه معین نسبت معکوس دارد. چگالی توان لیزر مورد نیاز بیشتر از 108 W/cm2 است و به مواد، عمق برش و موقعیت کانونی پرتو بستگی دارد. در مورد ضخامت صفحه معین، با فرض توان کافی لیزر، حداکثر سرعت برش توسط سرعت جت گاز محدود می شود.
2، برش ذوب
در برش ذوب لیزری قطعه کار تا حدی ذوب می شود و سپس مواد ذوب شده با کمک جت گاز خارج می شود. از آنجایی که انتقال مواد فقط در حالت مایع اتفاق می افتد، این فرآیند را برش ذوب لیزری می نامند.
پرتو لیزر با یک گاز برش خنثی با خلوص بالا همراه می شود تا مواد مذاب را از برش دور کند بدون اینکه خود گاز در برش شرکت کند. برش همجوشی لیزری سرعت برش بالاتری نسبت به گازی شدن می دهد. انرژی مورد نیاز برای تبدیل به گاز معمولاً بیشتر از انرژی لازم برای ذوب مواد است. در برش ذوب لیزری، اشعه لیزر فقط تا حدی جذب می شود. حداکثر سرعت برش با افزایش توان لیزر افزایش می یابد و با افزایش ضخامت صفحه و دمای ذوب مواد تقریباً برعکس کاهش می یابد. برای یک توان لیزر معین، عوامل محدود کننده فشار هوا در محل برش و رسانایی حرارتی مواد هستند. برش ذوب لیزری باعث برش های بدون اکسیداسیون در مواد آهنی و تیتانیوم می شود. تولید ذوب اما کمتر از گازی شدن چگالی توان لیزر، برای مواد فولادی، بین 104W/cm2 تا 105 W/cm2.
3، برش ذوب اکسیداسیون
برش ذوب به طور کلی از گاز بی اثر استفاده می کند، اگر با اکسیژن یا گازهای فعال دیگر جایگزین شود، مواد در تابش پرتو لیزر مشتعل می شود و اکسیژن واکنش شیمیایی شدید ایجاد می کند و منبع گرمایی دیگری تولید می کند، به طوری که مواد بیشتر گرم می شوند، که به عنوان برش ذوب اکسیداسیون شناخته می شود. .
با توجه به این اثر، سرعت برش به دست آمده با این روش بیشتر از برش مذاب برای فولاد سازه ای با ضخامت یکسان است. از طرف دیگر، این روش ممکن است برشی با کیفیت پایین تری نسبت به برش مذاب ایجاد کند. در واقع، سطح پهن تر، زبری قابل توجهی، افزایش ناحیه تحت تاثیر حرارت و کیفیت لبه ضعیف تر ایجاد می کند. برش شعله لیزری هنگام ماشینکاری مدل های دقیق و گوشه های تیز خوب نیست (خطر سوختن گوشه های تیز). اثرات گرما را می توان با استفاده از لیزر در حالت پالسی محدود کرد، جایی که قدرت لیزر سرعت برش را تعیین می کند. با یک توان لیزر مشخص، عوامل محدود کننده تامین اکسیژن و هدایت حرارتی مواد هستند.
4. برش شکستگی کنترل شده
برای مواد شکننده ای که به راحتی در اثر حرارت آسیب می بینند، برش با سرعت بالا و کنترل شده توسط گرمایش پرتو لیزر، برش شکستگی کنترل شده نامیده می شود. عناصر اصلی این فرآیند برش عبارتند از: پرتو لیزر ناحیه کوچکی از مواد شکننده را گرم می کند و باعث ایجاد گرادیان حرارتی زیاد و تغییر شکل مکانیکی شدید در ناحیه می شود و در نتیجه ترک هایی در مواد ایجاد می شود. تا زمانی که یک گرادیان گرمایش متعادل حفظ شود، پرتو لیزر را می توان برای ایجاد ترک در هر جهت دلخواه هدایت کرد.
