Informacje o technologii cięcia laserem
Cięcie laserowe to technika charakteryzująca się małą strefą wpływu ciepła, wąską szczeliną cięcia, niewielką ilość wprowadzonego ciepła, minimalną deformacją, a także czystą i prostopadłą krawędzią.
Najczęściej wykorzystywanym rodzajem lasera przy cięciu wyrobów ze stali jest laser CO2. Charakteryzuje się on dużą mocą wyjściową i bardzo wysoką sprawnością. Zasadę działania przedstawia poniższy rysunek.
W rezonatorze CO2 stosowane są mieszanki gazowe, składające się z dwutlenku węgla, azotu i helu, przy czym charakterystyczne promieniowanie laserowe wytwarzane jest tylko z wyładowania w gazie CO2.
Do procesów cięcia, opisywania, znakowania, spawania miedzi i aluminium, a także do procesów powierzchniowych, takich jak napawanie, stopowanie, przetapianie, obróbka cieplna, stosowane są lasery krystaliczne YAG (Neodym: Itr–Aluminium–Granat). Coraz większe zastosowanie w produkcji przemysłowej mają lasery excimerowe (lasery gazowe w zakresie UV), mające główne zastosowanie w medycynie. Lasery te pracują w zakresie długości fal 193÷351 nm.
Rozróżniamy trzy metody cięcia laserowego blach:
- cięcie przez wytapianie szczeliny,
- cięcie przez spalanie,
- cięcie sublimacyjne.
W przypadku cięcia przez wytapianie obrabiany metal zostaje lokalnie roztopiony i wydmuchany przy pomocy doprowadzonego do strumienia laserowego oczyszczonego gazu obojętnego (azotu). Laserowe cięcie poprzez spalanie różni się od poprzedniej metody tym, że jako gazu wspomagającego proces cięcia używa się tlenu lub mieszaniny gazów zawierających tlen, który oddziałuje na metal rozgrzany promieniem lasera do temperatury zapłonu. Spalanie materiału w strumieniu tlenu generuje dodatkową energię cieplną (proces egzotermiczny), która wyraźnie przyśpiesza proces cięcia. Uzyskiwane w tym przypadku prędkości cięcia są znacznie większe niż podczas cięcia przez wytapianie przy użyciu lasera o tej samej mocy. Jednak metoda ta może prowadzić do pogorszenia jakości ciętej powierzchni. Powstawać mogą szersze szczeliny, głębsze nierówności i większe strefy wpływu temperatury, gorsza może być także jakość krawędzi po cięciu. W praktyce jest to jednak najczęściej stosowana metoda cięcia laserowego dla stali węglowych. Materiał obrabiany podczas laserowego cięcia sublimacyjnego w obszarze szczeliny cięcia ulega odparowaniu w atmosferze gazu obojętnego. Grubość blach nie powinna zasadniczo przekraczać średnicy strumienia, gdyż w przeciwnym razie powstająca podczas cięcia materiał w stanie gazowym ulegnie kondensacji na ściankach szczeliny i w konsekwencji ponownie ją zamknie. Energia odparowania w przypadku laserowego cięcia sublimacyjnego jest znacznie większa niż energia konieczna do wytopienia materiału, dlatego prędkość cięcia sublimacyjnego jest mniejsza od prędkości cięcia laserowego przez wytapianie.