Laboratorium laserowych technologii metali
Cięcie przepalające lub dmuchem
Ćwiczenie nr 3 data 1997 - 04 - 03	Polak grzegorz gr 23 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 dos- tarcza 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:

materiał	grubość	moc p.[kw]	częstotl. f[hz]	ciśnienie tlenu p.[kpa]	uwagi	prędkość v[mm/min]
blacha st3	3	880	10000	100	----------	2000
blacha st3	5	1000	10000	90	ognisko 1-2 mm w głąb	1400
blacha st3	8	1100	10000	80	ognisko 3 mm w głąb	900
ceramika	6	890	10000	100	ognisko na powierzchni	1000
1h18n9t	--	828	200	300	2 mm nad powierzchnią	500
drewno	30	1000	20000	150(azot)	ognisko 3 mm w głąb	800

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 powieżchni materiału: 0,7 - 1,0 mm. Swobodna struga gazu ulega bowiem rozszerzenu i osłabieniu, czego trzeba uniknąć. Jakość echniczna gazu ( N₂ ) może być niższa. Ciśnienie gazu p_D [ MPa ] dobiera się orientacyjnie do grubości blachy δ [ mm ] i mocy wiązki P [ kW ] wg zależności :

p_D = 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 umżliwia wykrawanie bardziej precyzyjnych konturów niż cięcie z przepalaniem. Cięcie laserowe stosuje si ę w: przemyśle lotniczm, przemyśle półfabrkatów, przemyśle elekrycznym oraz ceramicznym.

---