POLITECHNIKA ŚWIĘTOKRZYSKA
LABORATORIUM LTM
Temat: Podstawy cięcia laserowego.
Data: 1997. 04. 07.	Wykonał: Wójcik Andrzej	Grupa: 22 B

Celem ćwiczenia jest zapoznanie z procesem cięcia laserowego jako jednym ze sposobów wykorzystania lasera.

W trakcie ćwiczenia zapoznajemy się z metodami cięcia i czynnikami je uzależniającymi.

Cięcie laserowe to jedna z najbardziej rozpowszechnionych metod obróbki laserowej. W początkowym okresie istnienia lasera był on wykorzystywany głównie w tym celu, dopiero dalszy rozwój technologii laserowej umożliwił wykorzystanie wiązki promieniowania do spawania, obrabiania plastycznego i in.

Zalety cięcia laserowego:

- jest to obróbka bezdotykowa, nie wymaga stosowania konwencjonalnych narzędzi w związku z tym jest oszczędna;

- brak zamocowania potrzebnego do przenoszenia sił związanych z procesem;

- brak zjawiska dystorsji, czyli odkształcenia elementu przy cięciu;

- w związku z dużą koncentracją wiązki laserowej występuje mała szczelina cięcia i minimalna strefa wpływu cieplnego;

- lepsza jakość otrzymywanej powierzchni;

- duża wydajność;

- łatwość automatyzacji i zmiany procesu technologicznego;

- możliwość obróbki materiałów trudnoobrabialnych (laser tnie materiały bardzo twarde, jak szafir czy diament);

- elastyczność produkcji (zmiana profilu produkcji ogranicza się jedynie do wprowadzenia nowego programu);

Główną wadą obróbki laserowej która wpływa na ograniczenie ich zastosowania jest wysoki koszt inwestycyjny przy zakupie samego lasera tj. źródła wiązki i urządzeń dodatkowych.

Przebieg procesu cięcia:

Jest to proces złożony z czynników fizyko-chemicznych, polegający głównie na ogrzaniu materiału obrabianego, a następnie usunięciu roztopionego materiału bądź przez odparowanie, bądź przez wydmuchanie.

Proces cięcia obrazuje poniższy rysunek:

wiązka lasera

gaz

przedmiot

Jak widać na rysunku wiązka promienia laserowego działa termicznie na materiał, a dalsze zadanie spełnia gaz. Stosuje się dwa rodzaje gazów: ochronne (niepalne) - azot, argon i hel oraz gazy palne - tlen.Zależnie od rodzaju występującego procesu usuwania materiału rozróżniamy następujące rodzaje cięcia:

1. Przez odparowanie (drewno, plastik) - gaz spełnia rolę ochronną, jego zadaniem jest nie dopuścić do palenia podawany przy niskim ciśnieniu.

2. Przez topienie i wydmuchiwanie (stale stopowe) - materiał topi się i gaz obojętny pod wysokim ciśnieniem wydmuchuje go. Proces wydajny jednakże wymagający specjalnej głowicy. Daje bardzo dobrą jakość powierzchni (nie trzeba obrabiać wykańczająco).

3. Przez kontrolowane pękanie - stosowany do materiałów kruchych (szkło, kwarc). Mechanizm polega na kontrolowanym pękaniu. Wiązka uderza, ogrzewa przez co wzrastają naprężenia i w przypadku materiału kruchego następuje pęknięcie, w przypadku plastycznego - odkształcenie. Uderzając impulsowo powodujemy przemieszczanie się pęknięcia.

4. Cięcie zimne - laser ekscymerowy, o niższej długości fali, ultrafioletowe promieniowanie, łatwiejsze do skupienia. Energia niesiona przez wiązkę jest taka sama jak wielkość wiązań cząsteczkowych materiału. Efekt polega na niszczeniu tych wiązań, a nie na działaniu termicznym. Otrzymywane moce są małe, wykorzystywany jest do bardzo precyzyjnych prac (mikroobróbka).

W procesie cięcia wyróżniamy następujące parametry:

a) rodzaj materiału;

b) moc lasera;

c) Częstotliwość impulsów;

d) prędkość cięcia;

e) rodzaj i ciśnienie gazu roboczego;

oraz dwa dodatkowe:

f) punkt zogniskowania wiązki w odniesieniu do powierzchni materiału;

g) średnica dyszy wylotowej;

W ramach ćwiczenia praktycznego obserwowaliśmy cięcie kilku różnych materiałów rejestrując podstawowe parametry procesu. Wyniki zamieszczone są w poniższej tabeli:

Materiał	Moc	Czstotliwość	Prędkość	Ciśnienie i rodz. gazu	Uwagi
	W	Hz	m/min	kPa
1H18N9T g. 4 mm	840	200	0,5	tlen 300	ognisko 2 mm nad pow. materiału; Srednica dyszy 1,1 mm
St 3S g. 3 mm	870	10000	2	tlen 100	ognisko do 1 mm wgłąb materiału; Sr. dyszy 1,6 mm
St 3S g. 6 mm	980	10000	1,4	tlen 90	ognisko 1-2 mm wgłąb materiały; śr. dyszy 1,6 mm
St 3S g. 8 mm	1050	10000	1	tlen 80	ognisko 2-3 mm wgłąb materiału; śr. dyszy 1,6 mm; była zbyt duża prędkość;
Ceramika g. 6 mm	850	10000	1	tlen 100	ognisko 2-3 mm wgłąb materiału; śr. dyszy 1,6 mm;
Drewno jesion; g. 30	1000	20000	1-0,72	azot 200	ognisko 3 mm wgłąb materiału; śr. dyszy 1,6 mm;

Wnioski

Cięcie laserowe jest najbardziej rozpowszechnionym rodzajem obróbki laserowej. O jego pozycji decyduje szereg wymienionych wyżej zalet m. in. możliwość obróbki materiałów trudnoobrabialnych czy elastyczność produkcji.

Proces cięcia znajduje zastosowanie przy grubości materiału w granicach 10 - 20 mm , dając efekt konkurencyjny w stosunku do innych rodzajów cięcia. Chodzi tu głównie o jakość powierzchni wykonywanych elementów. Jeśli powierzchnia jest taka sama jak przy innych rodzajach obróbki to nie opłaca się stosować drogiego urządzenia jakim jest laser.

---