|
'''Cięcie laserowe''' stanowi nowoczesną metodę [[obróbka|obróbki]] o podobnych parametrach wymiarowych jak klasyczna obróbka mechaniczna. Podstawowa różnica tkwi w stosowanym czynniku tnącym, który w przypadku cięcia [[laser]]owego stanowi gorący promień lasera oraz [[gaz techniczny]] o dużej czystości. W zależności od stosowanego urządzenia (przede wszystkim jego mocy) cięcie przeprowadza się na trzy sposoby: metodą spalania, stapiania lub [[sublimacja|sublimacji]].
'''Teoria
procesu cięcia laserowego. Gazy procesowe. Rodzaje cięcia laserowego.'''
Przy
cięciu laserem rozróżnia się cięcie tlenem i cięcie gazem obojętnym, np.
azotem. Jakość cięcia jest wyjątkowo dobra (tzw. „jakość laserowa”): precyzyjne
kontury, równoległe krawędzie cięcia, gładkość powierzchni, brak zadziorów,
brak podtopień itd.
'''Cięcie laserowe tlenem'''
Cięciu
laserowym tlenem materiał przedmiotu obrabianego jest podgrzewany do
temperatury zapłonu bezpośrednio przez wiązkę laserową i następnie spalany w
strumieniu tlenu. Duże szybkości cięcia blach o grubości od do ponad są uzyskiwane w wyniku
reakcji egzotermicznej i dodatkowemu wytwarzaniu energii. Cięcie laserowe
tlenem używa się przede wszystkim do stali niestopowych i stali niskostopowych.
Na możliwą do uzyskania szybkość cięcia wpływa bezpośrednio czystość używanego
tlenu.
'''Cięcie laserowe azotem'''
Przy
cięciu laserowym azotem energię potrzebną do stopienia materiału przedmiotu
obrabianego dostarcza bezpośrednio wiązka laserowa, a gaz obojętny służy
wyłącznie do wydmuchnięcia stopionego materiału. Główny zakres zastosowań to
cięcie stali nierdzewnej o grubości od poniżej do prawie oraz cięcie innych
stali wysokostopowych i metali nieżelaznych. Stal nierdzewną należy ciąć azotem
o wysokiej czystości, aby zachować właściwości antykorozyjne stali. Niektóre
materiały tworzące azotki, np. tytan lub cyrkon, należy ciąć wyłącznie azotem. Czasami
azotem tnie się stal miękką, jeżeli nie można dopuścić do wytworzenia się
warstwy tlenków, które powstałyby przy cięciu tlenem, np. aby ułatwić
późniejsze malowanie lub powlekanie proszkiem.
W trakcie procesu ciecia, w warunkach stanu
ustalonego, strumień gazu dostarczany do strefy cięcia z jednej strony blachy
powoduje usuwanie stopionego i utlenionego materiału na stronę przeciwną. W
przypadku gdy rozpoczynamy proces cięcia od brzegu blachy sytuacja taka panuje
od początku. Jednak gdy proces cięcia rozpoczynamy w pewnej odległości od
brzegu ciętego materiału wówczas pierwszym procesem cięcia jest wydrążenie
otworu. Operacja ta jest trudna gdyż
zanim powstanie otwór materiał musi być usuwany na tę samą stronę, z której
dział gaz.
Można stosować trzy metody drążenia otworów podczas
procesu ciecia:
<nowiki> </nowiki>1 Najprostsza metoda polega na stosowaniu tych samych wartości mocy i ciśnienia
gazu jak przy właściwym procesie cięcia. Dostarczone przez wiązkę ciepło tworzy
najpierw jeziorko płynnego metalu o powiększającej objętości, a następnie
strumień gazu powoduje częściowe spalenie i gwałtowne usunięcie pozostałego
płynnego metalu ze strefy oddziaływania wiązki. Otwór ma zwykle większe wymiary
niż szerokość szczeliny. Jest to metoda szybka jednak może powodować
zanieczyszczenie dyszy również powstały otwór jest duży i o nie regularnych
kształtach. Zmniejszenie otworu początkowego można uzyskać stosując jako gaz
roboczy powietrze zamiast tlenu.
2 - Druga metoda rozpoczęcia cięcia polega na
drążeniu otworu metodą impulsową. Impulsy promieniowania o odpowiednio
dobranych parametrach powodują kolejne topienie i odparowywanie małych ilości
metalu i jednocześnie powstawanie małego otworu. Proces ten jest długi ale
uzyskany otwór jest znacznie mniejszy niż w poprzedniej metodzie.
3 - Trzeci sposób to metoda pośrednia czyli
otwór powstaje wskutek działania kilku impulsów. Niebezpieczeństwo zabrudzenia
dyszy lub soczewki zmniejsza się przez odpowiednie podniesienie dyszy przy
pierwszych impulsach.
Rozdzielanie materiału może następować w
trzech rodzajach, poprzez: topienie,
wypalanie.
''Ciecie laserowe topliwe'' - Podczas
cięcia przez wytapianie szczeliny za pomocą strumienia laserowego materiał w
strefie cięcia doprowadzany jest tlen jako gaz tnący pod ciśnieniem od 0.5 do 1
bar. Tlen powoduje podniesienie temperatury spalania w szczelinie ciecia.
Proces ten inicjowany i podtrzymywany jest za pomocą wiązki lasera.
Poprawia to jakość ciecia i umożliwia ciebie grubszych stali czarnych.
''Cięcie wysokociśnieniowe -'' cięcie
wysokociśnieniowe jest cięciem przez wytapianie szczeliny, podczas którego
doprowadzony jest azot jako gaz tnący pod ciśnieniem powyżej 6 bar. Wysokie
ciśnienie gazu powoduje, że ciekły metal jest usuwany ze szczeliny z bardzo
dużą prędkością.
Utrudnia to w dużym stopniu tworzenie
się zadziorów oraz osadzania żużla na krawędzi ciecia. Ponieważ zastosowanie
znajduje tu azot, krawędź ta nie ulega utlenianiu. Cięcie wysokociśnieniowe
nadaje się między innymi do obróbki stali nierdzewnych oraz stopów
aluminiowych.
Cechą ciecia laserowego jest punktowe wprowadzenie
energii i wysokoenergetyczny strumień tnący. Celem cięcia laserowego jest
wytwarzanie elementów, które bez dodatkowej obróbki nadają się do dalszej
przeróbki. Warunkiem uzyskania dobrej jakości cięcia i wysokiego stopnia
utrzymywania wymiarów ciętych elementów konstrukcyjnych jest dokładnie
prowadzony strumień tnący w połączeniu z najwyższej jakości maszyną do cięcia o
dużej odporności na drgania i o dobrej własności powtarzania.
Cięcie stali niestopowych i niskostopowych z
zastosowaniem tlenu jako gazu tnącego jest procesem egzotermicznym. Zachodząca
reakcja dostarcza 40% energii potrzebnej do procesu, pozostałe 60% dostarcza
promień lasera. Ciśnienie tlenu tnącego przy cięciu tego typu stali nie przekracza
1 bar. Cięcie wysokociśnieniowe z zastosowaniem tlenu do 25 bar stosowane jest
dla takich materiałów jak brąz. Przepływ tlenu tnącego zależy od ciśnienia i
średnicy dyszy. Dla cięcia niskociśnieniowego jest to przedział 20-110 l/min.
Prędkość cięcia jest bardzo duża i sięga nawet 10 m/min. Gdy do cięcia stosujemy
gaz obojętny np. azot, cała energia musi pochodzić od promienia laserowego.
Wymagana jest więc większa moc urządzeń. Taką metodę stosujemy do cięcia stali
wysokostopowych. Tutaj materiał jest topiony przez promień i wydmuchiwany przez
strumień gazu obojętnego. Ciśnienie gazu tnącego jest zdecydowanie większe niż
przy cięciu tlenem. Ciśnienie azotu wynosi 5-25 bar. Konsekwencją większego
ciśnienia jest też większe zużycie gazu. Wynosi ono od 100-600 l/min. Średnice dysz tnących są
również większe.
Gazami stosowanymi do cięcia
laserowego są tlen O<sub>2</sub> oraz N<sub>2</sub>. Dla materiałów niemetalicznych stosuje się
azot. Tlen jest stosowany głównie do cięcia gazowego i laserowego stali
niestopowych i niskostopowych. Promień laserowy rozgrzewa stal do temperatury
zapłonu. Spalanie materiału w strumieniu tlenu do cięcia generuje dodatkową
energię cieplną, która wyraźnie przyspiesza proces cięcia. Firma MESSER oferuje
tlen o minimalnej czystości 3.5 (99,95 % obj.). Gaz taki w porównaniu z tlenem
o jakości technicznej, zapewnia większą szybkość i precyzję cięcia. Dzięki
krótszemu czasowi obróbki można znacznie obniżyć koszty procesu. Azot stosowany
jest przede wszystkim przy cięciu stali wysokostopowych, ale także przy cięciu
aluminium . Przy cięciu z użyciem tlenu, poprzez spalanie materiału wytwarzana
jest szczelinę cięcia. Z kolei przy cięciu laserem, metodą wytapiania, azot
wydmuchuje metal ciekły ze szczeliny cięcia.
'''Zastosowanie laserów w przemyśle'''
| 