Alates selle esmakordsest kasutuselevõtust tööstuslikus tootmises 1970. aastatel on laserlõikamisest saanud üks kaasaegse materjalitöötluse kõige olulisematest termilise lõikamise tehnoloogiatest. Selle rakendused hõlmavad laia valikut materjale, sealhulgastitaani sulamid, plast, klaas, keraamika, pooljuhid, tekstiil, puit ja paber ning see mängib asendamatut rolli paljudes tööstusharudes, nagu auto-, kosmose-, elektroonika- ja kergetööstus.
I. Protsessi põhiprintsiibid
Laserlõikamise põhiprotsess on järgmine: suure{0}}võimsusega-fokuseeritud laserkiir suunatakse töödeldava detaili pinnale. Kiiritatud alal asuv materjal neelab kiiresti valguse energia ja muudab selle soojusenergiaks, põhjustades temperatuuri järsu tõusu sulamistemperatuurini või isegi keemistemperatuurini, mille tulemuseks on materjali lokaalne sulamine või aurustumine. Kui laserkiir läbistab töödeldava detaili, algab lõikamisprotsess tõsiselt-kiir liigub mööda eelseadistatud kontuuri, sulatades materjali pidevalt mööda eraldatavat teed. Samal ajal puhutakse lõikekohta teatud rõhuga lisagaas (tavaliselt suruõhk või spetsiifiline protsessigaas), et sulamaterjal kiiresti eemaldada, moodustades lõiketüki ja alusmaterjali vahele kitsa pilu, mis on ligikaudu võrdne fokuseeritud laserpunkti läbimõõduga, saavutades seeläbi täpse eraldumise.
II. Peamised protsessikategooriad ja tehnilised omadused
Sõltuvalt abigaasi tüübist ja materjali eemaldamise mehhanismist saab laserlõikamise liigitada järgmistesse standardsetesse protsessirežiimidesse. (1) Leeklõikamine Leeklõikamine on madala süsinikusisaldusega terase töötlemise standardprotsess. Selles protsessis kasutatakse abigaasina hapnikku rõhuga kuni 6 baari. Selle põhimehhanism on järgmine: pärast seda, kui laserkiir soojendab metalli süttimispunktini, reageerib hapnik ägedalt kõrge -temperatuuriga metalliga oksüdatsiooni (st põlemise) kaudu. Selle reaktsiooni käigus vabaneb suur hulk keemilist energiat (kuni viis korda suurem kui laseri enda energia) ning koos laserkiirega hõlbustab see energia nii sulamist kui ka materjali eemaldamist. See "termokeemilise reaktsiooni pluss laserkuumutamise" sünergistlik efekt annab leeklõikamise eeliseid nii tõhususe kui ka kulu{11}}tasuvuse osas madala süsinikusisaldusega terase töötlemisel.
(2) Liitlõikamine Liitlõikamine on üks enim kasutatavaid metallilõikamisprotsesse ja sobib ka sulavate mittemetalsete materjalide, nagu keraamika, jaoks. Selle protsessi käigus kasutatakse abigaasina lämmastikku või argooni rõhuvahemikus 2–20 baari. Nii lämmastik kui argoon on inertgaasid; need ei reageeri lõikamise ajal sulametalliga keemiliselt, vaid kasutavad sula materjali lõikest välja ajamiseks lihtsalt füüsilist puhumisjõudu. Samal ajal moodustab inertgaas lõikeservale kaitsva atmosfääri, vältides tõhusalt oksüdatsiooni, mis on põhjustatud kokkupuutest kõrge -temperatuuri tsooni ja õhu vahel, luues seeläbi puhta, katlakivi{8}}vaba lõikepinna.
(3) Suruõhu lõikamine Õhukeste lehtmaterjalide töötlemiseks võib suruõhku kasutada otse lõikegaasi allikana. Gaasirõhk on tavaliselt seatud 5–6 baarile, mis on piisav sulamaterjali tõhusaks väljapuhumiseks lõikest. Kuna ligikaudu 78% õhust on lämmastik, on selle lõikemehhanism sisuliselt sama, mis sulatuslõikamisel; õhus sisalduv hapnik võib aga teatud tingimustel põhjustada kerget oksüdatsiooni. Seetõttu kasutatakse seda protsessi peamiselt õhukeste lehtedega-rakenduste puhul, kus oksüdatsiooninõuded ei ole ranged, pakkudes nii kulude kui ka mugavuse eeliseid.
(4) Plasma-Abilõikamine Kui protsessi parameetrid on õigesti sobitatud, võib sulamislõikeprotsessi käigus tekkida plasmapilv, -mis koosneb ioniseeritud metalliaurudest ja lõikegaasist-. See plasmapilv neelab tõhusalt CO₂ laserkiire energiat ja kiirgab selle uuesti -tooriku pinnale, võimaldades materjali sisemusse siduda rohkem energiat ja kiirendada sulamisprotsessi, suurendades seeläbi oluliselt lõikekiirust. Seetõttu nimetatakse seda protsessi ka kiireks-plasmalõikamiseks. Tuleb märkida, et plasmapilv on läbipaistev tahkislaseritele-(nagu kiudlaserid) ega saa energia sidumist parandada; seetõttu on see protsess rakendatav ainult CO₂ laserite puhul.
(5) Aurustuslõikamine: aurustuslõikamine saavutab eraldumise materjali otsese sublimeerimisega, minimeerides seeläbi kuumuse mõjuala. Madala aurustumissoojuse ja suure neeldumiskiirusega materjalide puhul (nagu õhukesed plastkiled, puit, paber, vaht ja muud mitte-sulavad materjalid) saab puhta aurustuslõikuse saavutada pideva-laine CO₂ laseriga. Ultralühike{6}}impulsslaserite (pikosekundi ja femtosekundi tasemed) kasutuselevõtt on laiendanud aurustuslõikust metallmaterjalide valdkonda. Mehhanism on järgmine: ultralühikeste impulsside ülilühikese kestuse tõttu neelavad metallis olevad vabad elektronid kiiresti laserenergiat ja kuumenevad järsult; materjal sublimeerub vahetult enne, kui soojust saab üle kanda ümbritsevasse kristallvõre. See protsess ei hõlma sulamist, jäsemete tekkimist ega märkimisväärset kuumusega{9}}mõjutatud tsooni, saavutades "külmtöötluse" selle mõiste tegelikus tähenduses. See sobib eriti hästi täppiskomponentide ja{11}}soojustundlike materjalide mikrotootmiseks.
IV. Järeldus
Laserlõiketehnoloogia mitmekesised protsesside marsruudid pakuvad täpseid lahendusi erinevate materjalide, paksuste ja kvaliteedinõuetega töötlemise stsenaariumide jaoks. Alates leeklõikamisest, milles domineerivad termokeemilised reaktsioonid, kuni sulatuslõikamiseni inertgaasi kaitse all ja ülilühikeste impulssidega aurustuslõikamiseni, vastab iga protsess erinevatele füüsikalistele mehhanismidele ja rakenduspiiridele. Nende klassifikatsioonide ja parameetrite vaheliste olemuslike seoste sügav mõistmine on lõikekvaliteedi optimeerimise ja töötlemise tõhususe parandamise eeltingimus ning see on ka alus lasertootmistehnoloogia edasiarendamiseks suurema täpsuse ja tõhususe suunas.
E--post:garychen3215@hotmail.com
Aadress: No.35, Baoti Rd, Baoji linn, Shaanxi provints, Hiina
Kontakt: hr Gary Chen
Telefon: +86-917-8883215
Mobiil/WhatsApp: +86 13092900605
