Tehnične težave in rešitve za laserski razrez debelih plošč
Z nenehnim razvojem industrijske proizvodne tehnologije se lasersko rezanje pogosto uporablja na področju obdelave kovin zaradi njegovih prednosti visoke natančnosti, visoke učinkovitosti in brez{0}}kontaktne obdelave. Vendar se tehnologija laserskega rezanja sooča s številnimi izzivi pri rezanju debelejših plošč. Namen te študije je sistematično analizirati tehnične težave, ki se pojavljajo v procesu laserskega rezanja debelih plošč, in predlagati ustrezne rešitve za zagotavljanje teoretičnih smernic in tehnične reference za industrijsko prakso.
Tehnologija laserskega rezanja se nenehno razvija od nizke moči do visoke moči in od tanke plošče do debele plošče. Trenutno se lasersko rezanje pogosto uporablja v avtomobilski industriji, vesoljski industriji, gradnji ladij in na drugih področjih. Z večanjem debeline materiala pa postajajo vedno bolj v ospredju problemi kakovosti rezanja, učinkovitosti in stroškov, ki jih je nujno potrebno poglobljeno preučiti in rešiti.
1. Glavne tehnične težave laserskega rezanja debele plošče
Primarni problem, s katerim se srečujemo v procesu laserskega rezanja debele plošče, je znatno zmanjšanje kakovosti žarka s povečanjem globine reza. Ker se laser pri prodiranju debelejših materialov večkrat pojavi odboj in sipanje, kar povzroči neenakomerno porazdelitev energijske gostote, kar posledično vpliva na kakovost rezanja. Študije so pokazale, da ko debelina reza preseže 20 mm, se lastnosti ostrenja laserskega žarka znatno poslabšajo, kar povzroči širok rez na dnu ozkih klinastih-defektov.
Drugič, ne smemo prezreti toplotnega-območja, ki nastane v postopku rezanja debele plošče. Zaradi slabe toplotne prevodnosti debele plošče se laserska energija kopiči v notranjosti materiala, kar ima za posledico širjenje toplotno-prizadete cone, kar lahko sproži spremembe v mikrostrukturi materiala in povečanje preostale napetosti. Eksperimentalni podatki kažejo, da je lahko pri rezanju 30 mm debelega ogljikovega jekla širina toplotno-območja do 3-5-krat večja kot pri rezanju tanke plošče, kar resno vpliva na mehanske lastnosti materiala.
Druga pomembna tehnična težava je adhezija žlindre in povečanje hrapavosti rezalne površine. V procesu rezanja debele plošče je staljeno kovino težko popolnoma odpihniti s pomožnim plinom in na dnu reza je enostavno oblikovati kopičenje žlindre. Hkrati se zaradi nestabilnega vnosa energije na rezalni površini pogosto pojavijo očitne črte in neravnine. Statistični podatki kažejo, da ko debelina plošče preseže 25 mm, lahko vrednost Ra hrapavosti rezalne površine doseže 2-3-kratno vrednost rezanja tanke plošče.
2. Rešitev tehničnih težav laserskega rezanja debele plošče
Za težave s kakovostjo žarka je optimizacija laserskih parametrov najbolj neposredna rešitev. S povečanjem moči laserja (običajno potrebujete več kot 6kW), prilagodite frekvenco impulza in delovni cikel, lahko izboljšate globino prodiranja energije. Hkrati lahko uporaba sistema dinamičnega ostrenja uresniči samodejno prilagoditev položaja ostrenja med postopkom rezanja, da se ohrani najboljša porazdelitev gostote energije. Poskusi so dokazali, da lahko uporaba 12kW fiber laserja s tehnologijo dinamičnega ostrenja učinkovito razreže 40 mm debelo ploščo iz nerjavečega jekla.
Pri nadzoru toplotno{0}}prizadetega območja je razvoj nove tehnologije rezalnih glav ključnega pomena. Uporaba nihajoče rezalne glave ali tehnologije nihanja žarka lahko razprši vnos toplote in zmanjša lokalno pregrevanje. Poleg tega lahko natančen nadzor pomožnih plinov (npr. uporaba visokotlačnega-dušika ali posebnih mešanic plinov) učinkovito ohladi območje rezanja. Študije so pokazale, da lahko kombinacija hlajenja s plinom in strategij občasnega rezanja zmanjša-prizadeto območje toplote za več kot 40 % za 30 mm debele aluminijeve zlitine.
Za reševanje problema žlindre je ključnega pomena izboljšanje pomožnega plinskega sistema. Sprejetje zasnove dvojne plinske šobe (notranji visoko{1}}tlačni plin za odstranjevanje žlindre in zunanji zaščitni plin za preprečevanje oksidacije) lahko bistveno izboljša kakovost rezanja. Hkrati lahko optimizirano načrtovanje rezalne poti in uvedba-sistemov za spremljanje v realnem času (npr. vizualni senzorji ali zvočni nadzor) pravočasno odkrijejo in odpravijo kopičenje žlindre. Praksa kaže, da lahko ti ukrepi zmanjšajo količino ostankov žlindre pri rezanju debele plošče za več kot 60 %.