Новини

Новини у світі інженерії та електротехніки

Історія виникнення і різновиди лазерного різання 16.08.2016

Історія лазера почалася в 1917 році з представлення Альбертом Ейнштейном своєї концепції вимушеного випромінювання світу вчених. Зтого часу, кілька десятків років проводилися різні    експерименти для підтвердження даної теорії і застосування її на практиці. І, нарешті, в 1960 році дослідники Bell Laboratories представили світові перший газовий лазер на суміші гелію і неону, який застосовується до наших днів в оптиці і лабораторіях під час дослідів. Після появи першого працюючого лазера і точного розуміння принципів його роботи експериментатори почали посилено працювати над появою різних джерел лазерного випромінювання.


   Лазерні технології використовуються практично у всіх галузях промисловості, техніки і науки. У промисловості найчастіше застосовується лазер для різання найрізноманітніших матеріалів. Для зручності і якості порізки різних видів матеріалів були створені різні види лазерів, які розрізняються за ступенем інтенсивності випромінювання в робочій зоні, за складом газу для різання і його тиску.


    Принцип різання лазером технологічно дуже простий - лазерний промінь руйнує (плавить) поверхню матеріалу, а струмінь стисненого газу видуває, отримані під час плавлення, випаровування з робочої зони. В результаті виходить лінія різу і вже готові елементи заготовок розділяються.


Існує кілька видів різання лазером:


Лазерно-кисневе різання


   Як зрозуміло з назви, ріжучим газом є кисень. Кисень - це сильний окислювач і при взаємодії його з металом відбувається інтенсивне окислення з великим виділенням тепла (екзотермічна реакція). Наприклад, при реакції з залізом тепла виділяється в 3-5 рази більше, ніж потужність підведеного лазера. Оксиди, які утворилися при реакції, видуваються з робочої зони тим же струменем кисню.


Особливості лазерно-кисневого різання:


- Діаметром сфокусованого променя і швидкістю різу визначається ширина різу. Зі збільшенням швидкості обробки і при зменшенні товщини листа - відбувається зменшення ширини різу (мінімальна ширина різу можлива навіть менше 100 мкм). Але при цьому діаметр кисневого струменя більше (як правило, 1-2 мм), ніж діаметр сфокусованого променя;

- Чим більше товщина матеріалу, який ріжеться, тим менший тиск в струмені кисню, і навпаки. Так, при різанні тонкого металу тиск в струмені 3-4 атм, а листа товщиною близько 30 мм - приблизно 0.3 атм;


- Лазерна різка виконується променем,що розширяється. Точка фокусу знаходиться вище поверхні матеріалу;


- Від товщини листа залежить і зазор між зрізом сопла, що формує струмінь кисню. Для тонкого листа - від 0.5 мм, і близько 3 мм - для листа товщиною до 30 мм (саме така товщина листа є максимальною при лазерно-кисневому різанні);


- Чим більша товщина листа металу, тим повільніше буде відбуватися швидкість різу. Мінімальна швидкість різу 0.5 - 0.6 м / хв і відбувається при різанні металевого листа товщиною 30 мм. При подальшому зниженні швидкості різу - блискавично погіршується якість порізки і на поверхні різу починають з'являтися різні дефекти. На даний момент, для різання 30мм листа необхідний лазер потужністю 6 кВт.


Кисневе різання з підтримкою лазерним променем (LASOX)


      Для різання товстих листів застосовується технологія кисневого різання з підтримкою лазерного променя (LASOX) - цей метод останнім часом знайшов широке застосування, особливо в суднобудуванні. Даний метод полягає в тому, що спочатку лазерний промінь нагріває поверхню матеріалу (приблизно до 1000 градусів), після чого на «підігрітий» метал подається надзвуковий струмінь кисню, що дозволяє збільшувати глибину різу, в порівнянні з лазерно-кисневою різкою. При цьому, незважаючи на пряму залежність швидкості окислення від температури, процес окислення залишається стабільним, що дозволяе поверхні різу залишатися гладким і без дефектів.


Особливості кисневого різання з підтримкою лазерним променем:


- Надзвуковий струмінь кисню створюється високим тиском газу, близько 6 - 10 атм;


- Ширина різу дорівнює діаметру кисневого струменя і зазвичай становить більше 3 мм;


- На поверхні матеріалу діаметр плями більший ніж діаметр струменя;


- Відстань між металом і зрізом сопла повинна бути не менше 7 мм;


- Швидкість різу значно нижча, ніж при лазерно-кисневому різанні і становить близько 1.2 м / хв;


- При потужності лазерного променя 6 кВт, можна робити розрізання металу товщиною до 100 мм.


Лазерне різання в інертному газі


   Дана технологія застосовується в тих випадках, коли потрібно уникнути окислення кромок металу, а група інертних газів, при нормальних умовах, має дуже низьку хімічну реактивність. Застосовується при різанні алюмінієвих сплавів, нержавіючої сталі, титану. Дане різання передбачає відсутність додаткового джерела нагрівання, що значно зменшує ефективність різання.


Особливості лазерного різання в інертному газі:


- Найбільш популярним інертним газом при даному різанні є азот, при різанні титану використовується  аргон;


- При даній технології потрібен високий тиск ріжучого газу, зазвичай від 10 атм і вище. Тому, в цьому випадку, застосовуються фокусуючи  лінзи підвищеної товщини;


- Сформований надзвукова струмінь інертного газу видуває краплі металу із зони різу;


- Фокусування випромінювання здійснюється на нижню поверхню аркуша;


- Мінімально допустима відстань між зрізом сопла і поверхнею матеріалу складає від 0.5 мм до 1 мм;


- При різанні товстих листів металу діаметр сопла досить великий (доходить до 3 мм), що збільшує витрату інертного газу. Цей факт часто підвищує вартість порізки;


- В інертному газі відносно низька швидкість різання.


Лазерне терморозколювання скла


   Використовується для рівного поділу крихких матеріалів, наприклад, скла або керамічних матеріалів. Лазерний промінь нерівномірно нагріває матеріал, який потім охолоджується струменем інертного газу, що призводить до появи тріщини. Переміщенням джерела нагріву по поверхні матеріалу вдається керувати напрямком поширення тріщини, що, в підсумку, дозволяє отримати досить гладку грань поділу. Принцип роботи лазерного терморозколювання скла є в тому, що напруга по поверхні матеріалу розподіляється рівномірно і призводить до утворення тріщини по потрібному шаблоном і з рівними гладкими краями.


Лазерне  сублімаційне різання


   Ця технологія різання використовується, найчастіше, в мікроскопічних технологіях, коли необхідно мінімальне термічний вплив на матеріал підкладки, яка поміщається під область впливу лазера. Даний ефект можливо отримати тільки при дуже великої інтенсивності лазерного випромінювання, що досягається при імпульсному режимі роботи лазера. Короткі лазерні імпульси (тривалістю від наносекунд до пікосекунд) роблять безперервний розріз в матеріалі, за допомогою виконання отворів,що ідуть один за одним. Такі лазери, як правило, мають довжину хвилі менше 1 мкм - це твердотільні, ексимерні і лазери на парах металу. Процес лазерного сублімаційного  різання  характеризується невеликим коефіцієнтом корисності.


  Найбільш поширеним на даний час є метод лазерно-кисневого різання. Інші різновиди лазерного різання мають специфічні характеристики і використовуються для вирішення нестандартних виробничих завдань

Все ще маєте запитання?

Залиште їх нам, заповнивши форму зворотнього зв'язку

Як до Вас звертатись?

Ваш номер телефону

Текст повідомлення

Зателефонуйте нам за одним із доступних номерів телефону:

Або завітайте до нашого офісу за адресою:

Реквізити банківського рахунку для розрахунку:

Приват Банк

ЄДРПОУ 40071810 МФО 325321, р/р 26000053703508

Контакти

Де нас знайти, куди телефонувати?