Corte láser y su sistema de procesamiento

Corte lásersolicitud

Los láseres de CO2 de flujo axial rápido se utilizan principalmente para el corte láser de materiales metálicos, sobre todo por la buena calidad de su haz. Si bien la reflectividad de la mayoría de los metales a los haces láser de CO2 es bastante alta, la reflectividad de la superficie metálica a temperatura ambiente aumenta con la temperatura y el grado de oxidación. Una vez dañada la superficie metálica, su reflectividad se aproxima a 1. Para el corte láser de metales, se requiere una mayor potencia media, y solo los láseres de CO2 de alta potencia cumplen esta condición.

1. Corte láser de materiales de acero

1.1 Corte láser continuo de CO2 Los principales parámetros del proceso de corte láser continuo de CO2 incluyen la potencia del láser, el tipo y la presión del gas auxiliar, la velocidad de corte, la posición focal, la profundidad focal y la altura de la boquilla.

(1) Potencia del láser: La potencia del láser influye considerablemente en el grosor de corte, la velocidad de corte y el ancho de incisión. Si los demás parámetros permanecen constantes, la velocidad de corte disminuye al aumentar el grosor de la placa y aumenta al incrementar la potencia del láser. En otras palabras, cuanto mayor sea la potencia del láser, mayor será el grosor de la placa que se puede cortar, mayor la velocidad de corte y ligeramente mayor el ancho de incisión.

(2) Tipo y presión del gas auxiliar Al cortar acero con bajo contenido de carbono, se utiliza CO2 como gas auxiliar para aprovechar el calor de la reacción de combustión hierro-oxígeno y promover el proceso de corte. La velocidad de corte es alta y la calidad de la incisión es buena, especialmente se puede obtener una incisión sin escoria pegajosa. Al cortar acero inoxidable, se utiliza CO2. La escoria tiende a adherirse a la parte inferior de la incisión. A menudo se utiliza una mezcla de gas CO2 + N2 o un flujo de gas de doble capa. La presión del gas auxiliar tiene un efecto significativo en el efecto de corte. Un aumento adecuado de la presión del gas puede aumentar la velocidad de corte sin escoria pegajosa debido al aumento del impulso del flujo de gas y la mejora de la capacidad de eliminación de escoria. Sin embargo, si la presión es demasiado alta, la superficie de corte se vuelve rugosa. El efecto de la presión de oxígeno en la rugosidad promedio de la superficie de incisión se muestra en la figura siguiente.

La presión sobre el cuerpo también depende del espesor de la placa. Al cortar acero con bajo contenido de carbono con un láser de CO2 de 1 kW, la relación entre la presión de oxígeno y el espesor de la placa se muestra en la siguiente figura.

(3) Velocidad de corte La velocidad de corte tiene un impacto significativo en la calidad del corte. Bajo ciertas condiciones de potencia del láser, existen valores críticos superior e inferior correspondientes para una buena velocidad de corte al cortar acero con bajo contenido de carbono. Si la velocidad de corte es mayor o menor que el valor crítico, se producirá adherencia de escoria. Cuando la velocidad de corte es baja, el tiempo de acción del calor de la reacción de oxidación en el filo de corte se extiende, el ancho del corte aumenta y la superficie de corte se vuelve rugosa. A medida que aumenta la velocidad de corte, la incisión se vuelve gradualmente más estrecha hasta que el ancho de la incisión superior es equivalente al diámetro del punto. En este momento, la incisión tiene una forma ligeramente de cuña, ancha en la parte superior y estrecha en la inferior. A medida que la velocidad de corte continúa aumentando, el ancho de la incisión superior continúa disminuyendo, pero la parte inferior de la incisión se vuelve relativamente más ancha y se convierte en una forma de cuña invertida.

(5) Profundidad de enfoque

La profundidad de campo influye en la calidad de la superficie de corte y en la velocidad de corte. Al cortar placas de acero relativamente grandes, se debe utilizar un haz con una gran profundidad de campo; al cortar placas delgadas, se debe utilizar un haz con una pequeña profundidad de campo.

(6) Altura de la boquilla

La altura de la boquilla se refiere a la distancia desde la superficie final de la boquilla de gas auxiliar hasta la superficie superior de la pieza de trabajo. Si la altura de la boquilla es grande, el impulso del flujo de aire auxiliar expulsado puede fluctuar fácilmente, lo que afecta la calidad y la velocidad del corte. Por lo tanto, en el corte por láser, la altura de la boquilla generalmente se minimiza, normalmente entre 0,5 y 2,0 mm.

① Aspectos del láser

a. Aumentar la potencia del láser. Desarrollar láseres más potentes es una forma directa y eficaz de aumentar el grosor de corte.

b. Procesamiento por pulsos. Los láseres pulsados ​​tienen una potencia pico muy alta y pueden penetrar placas de acero gruesas. La aplicación de la tecnología de corte por láser pulsado de alta frecuencia y ancho de pulso estrecho permite cortar placas de acero gruesas sin aumentar la potencia del láser, y el tamaño de la incisión es menor que el del corte por láser continuo.

c. Utilizar nuevos láseres

②Sistema óptico

a. Sistema óptico adaptativo. La diferencia con el corte láser tradicional radica en que no requiere que el foco se sitúe por debajo de la superficie de corte. Cuando la posición del foco fluctúa unos milímetros a lo largo del espesor de la placa de acero, la distancia focal del sistema óptico adaptativo cambia con dicha variación. Estos cambios coinciden con el movimiento relativo entre el láser y la pieza, lo que provoca que la posición del foco también varíe a lo largo de la profundidad de la pieza. Este proceso de corte, en el que la posición del foco varía según las condiciones externas, permite obtener cortes de alta calidad. La desventaja de este método es que la profundidad de corte es limitada, generalmente no superior a 30 mm.

b. Tecnología de corte bifocal. Se utiliza una lente especial para enfocar el haz dos veces en diferentes partes. Como se muestra en la Figura 4.58, D es el diámetro de la parte central de la lente y es el diámetro de la parte del borde de la lente. El radio de curvatura en el centro de la lente es mayor que el área circundante, formando un doble foco. Durante el proceso de corte, el foco superior se ubica en la superficie superior de la pieza de trabajo, y el foco inferior se ubica cerca de la superficie inferior de la pieza de trabajo. Esta tecnología especial de corte láser de doble foco tiene muchas ventajas. Para cortar acero dulce, no solo puede mantener un haz láser de alta intensidad en la superficie superior del metal para cumplir las condiciones requeridas para la ignición del material, sino también mantener un haz láser de alta intensidad cerca de la superficie inferior del metal para cumplir los requisitos de ignición. La necesidad de producir cortes limpios en todo el rango de espesores de material. Esta tecnología amplía el rango de parámetros para obtener cortes de alta calidad. Por ejemplo, utilizando un CO2 de 3 kW. Con el láser, el espesor de corte convencional solo puede alcanzar entre 15 y 20 mm, mientras que con la tecnología de corte de doble enfoque el espesor de corte puede alcanzar entre 30 y 40 mm.

③Boquilla y flujo de aire auxiliar

Diseñar la boquilla de forma óptima mejora las características del flujo de aire. El diámetro de la pared interior de la boquilla supersónica se contrae y luego se expande, generando un flujo de aire supersónico en la salida. La presión de suministro de aire puede ser muy alta sin generar ondas de choque. Al utilizar una boquilla supersónica para el corte por láser, la calidad del corte también es óptima. Dado que la presión de corte de la boquilla supersónica sobre la superficie de la pieza es relativamente estable, resulta especialmente adecuada para el corte por láser de chapas de acero gruesas.