Tehnilised raskused ja lahendused paksude plaatide laserlõikamiseks
Tööstusliku tootmistehnoloogia pideva arenguga on laserlõikamist laialdaselt kasutatud metallitöötlemise valdkonnas, kuna selle eelised on kõrge täpsus, kõrge efektiivsus ja kontaktivaba töötlemine. Paksemate plaatide lõikamisel seisab laserlõiketehnoloogia aga silmitsi paljude väljakutsetega. Selle uuringu eesmärk on süstemaatiliselt analüüsida tehnilisi raskusi, mis tekivad paksude plaatide laserlõikamisel, ja pakkuda välja vastavaid lahendusi, et anda teoreetilisi juhiseid ja tehnilist teavet tööstusliku praktika jaoks.
Laserlõikamise tehnoloogia on pidevalt arenenud väikese võimsusega suure võimsusega ja õhukesest plaadist paksu plaadini. Praegu on laserlõikamist laialdaselt kasutatud autotööstuses, kosmosetööstuses, laevaehituses ja muudes valdkondades. Materjali paksuse suurenemisega tõusevad aga üha enam esile lõikamise kvaliteedi, efektiivsuse ja maksumuse probleemid, mida tuleb kiiresti uurida ja süvendatult lahendada.
1.Pakse plaadi laserlõikamise peamised tehnilised raskused
Peamine probleem, millega paksu plaadi laserlõikamisel kokku puututakse, on kiire kvaliteedi märkimisväärne langus lõikesügavuse suurenemisega. Kuna laser tungib paksematesse materjalidesse, toimub peegeldumine ja hajumine mitu korda, mille tulemuseks on energiatiheduse ebaühtlane jaotus, mis omakorda mõjutab lõikamise kvaliteeti. Uuringud on näidanud, et kui lõikepaksus ületab 20 mm, halvenevad laserkiire teravustamisomadused märkimisväärselt, mille tulemuseks on kitsas kiilukujuliste defektide põhjal lai lõige.
Teiseks ei tohiks eirata paksu plaadi lõikamise protsessis tekkivat soojustsooni{0}}. Paksu plaadi halva soojusjuhtivuse tõttu akumuleerub laserenergia materjali sees, mille tulemusena laieneb soojus-mõjutatud tsoon, mis võib vallandada materjali mikrostruktuuri muutused ja jääkpinge suurenemise. Eksperimentaalsed andmed näitavad, et 30 mm paksuse süsinikterase lõikamisel võib kuumusest mõjutatud tsooni laius olla kuni 3–5 korda suurem kui õhukese plaadi lõikamisel, mis mõjutab oluliselt materjali mehaanilisi omadusi.
Teiseks oluliseks tehniliseks raskuseks on räbu nakkumine ja lõikepinna kareduse suurenemine. Paksu plaadi lõikamise protsessis on sulametalli raske abigaasiga täielikult ära puhuda ja lõike põhjas on lihtne moodustada räbu kogunemist. Samal ajal ilmnevad ebastabiilse energiasisendi tõttu lõikepinnal sageli ilmsed triibud ja ebatasasused. Statistika näitab, et kui plaadi paksus ületab 25 mm, võib lõikepinna kareduse Ra väärtus ulatuda 2-3 korda õhukese plaadi lõikamisest.
2. Lahendus paksu plaadi laserlõikamise tehnilistele raskustele
Kiire kvaliteediprobleemide korral on laseriparameetrite optimeerimine kõige otsesem lahendus. Suurendades laseri võimsust (tavaliselt rohkem kui 6 kW), reguleerige impulsi sagedust ja töötsüklit, saate parandada energia läbitungimissügavust. Samal ajal saab dünaamilise teravustamissüsteemi abil teravustamisasendit automaatselt reguleerida lõikamisprotsessi ajal, et säilitada parim energiatiheduse jaotus. Katsed on tõestanud, et dünaamilise teravustamise tehnoloogiaga 12 kW kiudlaseriga saab tõhusalt lõigata 40 mm paksust roostevabast terasest plaati.
Kuumuse{0}}mõjuala kontrollimisel on uue lõikepea tehnoloogia väljatöötamine ülioluline. Võnkuva lõikepea või tala võnketehnoloogia kasutamine võib hajutada soojussisendit ja vähendada lokaalset ülekuumenemist. Lisaks võib abigaaside täpne juhtimine (nt kõrgsurvelämmastiku või spetsiaalsete gaasisegude kasutamine) lõiketsooni tõhusalt jahutada. Uuringud on näidanud, et gaasjahutuse ja vahelduva lõikamise strateegiate kombineerimine võib 30 mm paksuste alumiiniumsulamite puhul vähendada kuumusest{7}}mõjutatud tsooni rohkem kui 40%.
Räbuprobleemi lahendamiseks on võtmetähtsusega abigaasisüsteemi täiustamine. Kahe gaasiotsiku konstruktsioon (sisemine kõrgsurvegaas räbu eemaldamiseks ja välimine kaitsegaas oksüdeerumise vältimiseks) võib lõikekvaliteeti märkimisväärselt parandada. Samal ajal saab optimeeritud lõiketee planeerimine ja reaalajas jälgimissüsteemide (nt visuaalsed andurid või akustiline seire) kasutuselevõtt õigeaegselt tuvastada räbu kogunemist ja sellega toime tulla. Praktika näitab, et need meetmed võivad vähendada räbu jääkide määra paksude plaatide lõikamisel rohkem kui 60%.