Laboratorium laserowych technologii metali |
||
Temat: Cięcie przepalające lub dmuchem |
||
Katarzyna Komala |
gr 24 m |
ocena: |
Cięcie laserowe może odbywać się jako przepalające, bądż cięcie
z dmuchem. Cięcie przepalające, które jest najczęściej używane, sto- suje skupioną wiązkę ( ok.0,3mm ) wraz z opływającym ją strumieniem tlenu o2 . Nagrzewanie następuje do temperatury zapłonu materiału.
Proces spalania, jako egzotermiczny powoduje, że promień lasera dostarcza części energii potrzebnej na stopienie materiału, a przepływ strumienia gazu usuwa produkt spalania, tlenki metalu. Pełne usunięcie ( wydmuchanie ) tlenków daje czystą krawędż cięcia, niepełne - powierz chnię nierówną - zadzior zwany też gradem. Na wygląd powierzchni obrobionej największy wpływ ma dobór parametrów. Stan obrabinej po- wierzchni i wysokie nagrzanie pwodują, że stopień pochłaniania zbliża się do jedności. Stąd laser CO2 stosuje się do cięcia stali. Do cięcia cien- kich blach duraluminiowych można też stosować lasery Nd: Yag.
Szybkość cięcia zależy od rodzaju materiału, jego rubości i mocy lasera. Na ogół, przy mocy rzędu 1 kW można ciąć blachę stalową o grubości 4 mm z szybkością 30 mm/s. Rzadko przekracza się szybkości 100 mm/s dla blach cienkich ( 2 mm ) i mocy 2 kW. Trudne w cięciu są stale nierdzewne, natomiast łatwiejszy - tytan. Skupienie wiązki wynosi z regóły ułamek milimetra np. 0,25 mm.
Techniką laserową można ciąć między innymi: stal niskowęglową, stale stopowe, stopy aluminium i miedzi.
Na dobór parametrów mają wpływ: posiadane żródło laserowe ( moc, intensywość, kształt impulsu, polaryzacja, średnica i kształt dyszy ), posiadany manipulator ( stopnie swobody, zakresy, szybkości przesu- wu), właściwości materiału ( zdolność pochłaniania promieniowania przez powierzchnię materiału, przewodnictwo cieplne i pojemność cieplna materiału ), właściwości gazu.
Niewłaściwy dobór parametrów powoduje powstawanie zadziorów, wybrzuszenia, niejednakowy obraz krawędzi cięcia, trudności przy rozdzieleniu materiału ( przy złożonych kształtach ).
Przykładowe parametry cięcia dla stali nisko węglowej, stopu aluminium, drewna:
parametr |
stal n.w. |
stop al. |
drewno |
symbol |
grubość |
< 10 |
< 6 |
< 50 |
δ [mm] |
poł. ogniwa |
0,0 |
∼ -1,1*δ |
∼ -0,5*δ |
z [mm] |
gaz roboczy |
o2 |
n2 |
n2, powietrze |
|
śr. dyszy odstęp |
1,0 - 1,5 0,8 - 1,2 |
1,0 - 2,0 0,7 - 1,0 |
1,5 - 2, 1,0 - 2,0 |
D [mm] a [mm] |
posuw max. ciśn. gazu |
∼ P*12/δα 0,7 (max) |
∼ P*7/δα |
|
v [m/min] pD[MPa] |
gdzie:
P[kW] - moc wiązki ,
α ≈ 1,27
Cięcie z dmuchem gazem obojętnym stosuje się:
trudno palne materieły ( np. stale stopowe nierdzewne, stopy Al.),
łatwo palne materiały wytwarzające dużo spalin
Właściwości:
wysoka jakość powierzchni przeciętych ( brak utleniania, możliwe spawanie, malowanie itp. )
nieco zmniejszona pędkość obróbki w porównaniu z cięciem przepalającym,
wyższe ciśnienie gazu ( < 2 MPa ) - występuj niebezpieczeństwo rozerwania okien optycznych,
większe zużycie gazu,
konieczność osobnego programu rozpoczynającego cięcie.
W porównaniu z cięciem przepalającym stosuje się nieco mniejszą średnicę dyszy celem oraniczenia zużycia gazu. Również dyszę umieszcza się bliżej powierzchni materiału: 0,7 - 1,0 mm. Swobodna struga gazu ulega bowiem rozszerzeniu i osłabieniu, czego trzeba uniknąć. Jakość techniczna gazu ( N2 ) może być niższa. Ciśnienie gazu pD [ MPa ] dobiera się orientacyjnie do grubości blachy δ [ mm ] i mocy wiązki P [ kW ] wg zależności :
pD = 0,352 - 0,022p + ( 0,252 + 0,018 )δ.
Ciśnienie gazu muchanego ma wpływ na gładkość powierzchni przeciętych ( np. przy Al Mg 3, gr. 3 [ mm ], posuwie v = 1 [ m/min ], i mocy wiązki 2,1 [ kW ], chropowatość pozostaje mało zmienna
( 16 - 18 [ μm ] ) na rubość blachy przy ciśnieniu 1 [ MPa ], a zmienia się w znaczniejszym stopniu (14 -32[μm]) przy ciśnieniu obniżonym do 0,5 [ MPa ]. Koszt podwyżzonego ciśnienia wyraża się kosztem gazu oraz specjalnych okien optycznych. Cięcie z dmuchem umożliwia wykrawanie bardziej precyzyjnych konturów niż cięcie z przepalaniem. Cięcie laserowe stosuje si ę w: przemyśle lotniczym, przemyśle półfabrkatów, przemyśle elekrycznym oraz ceramicznym.