История лазера началась в 1917 году по представлению Альбертом Эйнштейном своей концепции вынужденного излучения мира ученых. С того времени, несколько десятков лет проводились различные эксперименты для подтверждения данной теории и применения ее на практике. И, наконец, в 1960 году исследователи Bell Laboratories представили миру первый газовый лазер на смеси гелия и неона, который применяется до наших дней в оптике и лабораториях во время опытов. После появления первого работающего лазера и точного понимания принципов его работы экспериментаторы начали усиленно работать над появлением различных источников лазерного излучения.
Особенности лазерной резки Мм, возможность лазерная резка металла москва единичный заказ
Лазерные технологии используются практически во всех отраслях промышленности, техники и науки. В промышленности чаще всего применяется лазер для резки самых разнообразных материалов. Для удобства и качества резки различных видов материалов были созданы различные виды лазеров, которые различаются по степени интенсивности излучения в рабочей зоне, по составу газа для резки и его давления.
Принцип резки лазером технологически очень прост — лазерный луч разрушает (плавит) поверхность материала, а струя сжатого газа выдувает, полученные во время плавления, испарения из рабочей зоны. В результате получается линия реза и уже готовые элементы заготовок разделяются.
Существует несколько видов резки лазером:
Лазерно-кислородная резка
Как понятно из названия, режущим газом является кислород. Кислород — это сильный окислитель и при взаимодействии с металлом происходит интенсивное окисление с большим выделением тепла (экзотермическая реакция). Например, при реакции с железом тепла выделяется в 3-5 раза больше, чем мощность подведенного лазера. Оксиды, которые образовались при реакции, выдуваются из рабочей зоны тем же струей кислорода.
Особенности лазерно-кислородной резки:
— диаметром сфокусированного луча и скоростью реза определяется ширина реза. С увеличением скорости обработки и при уменьшении толщины листа — происходит уменьшение ширины реза (минимальная ширина реза возможна даже менее 100 мкм). Но при этом диаметр кислородного струи больше (как правило, 1-2 мм), чем диаметр сфокусированного луча;
— Чем больше толщина материала, который режется, тем меньше давление в струе кислорода, и наоборот. Так, при резке тонкого металла давление в струе 3-4 атм, а листа толщиной около 30 мм — примерно 0.3 атм
— Лазерная резка выполняется лучом, расширяется. Точка фокуса находится выше поверхности материала;
— От толщины листа зависит и зазор между срезом сопла, формирующего струю кислорода. Для тонкого листа — от 0.5 мм, и около 3 мм — для листа толщиной до 30 мм (именно такая толщина листа является максимальной при лазерно-кислородной резке)
— Чем больше толщина листа металла, тем медленнее будет происходить скорость реза. Минимальная скорость реза 0.5 — 0.6 м / мин и происходит при резке металлического листа толщиной 30 мм. При дальнейшем снижении скорости реза — молниеносно ухудшается качество резки и на поверхности реза начинают появляться различные дефекты. На данный момент, для резки 30мм письмо необходим лазер мощностью 6 кВт.
Кислородная резка с поддержкой лазерным лучом (LASOX)
Для резки толстых листов применяется технология кислородной резки с поддержкой лазерного луча (LASOX) — этот метод в последнее время нашел широкое применение, особенно в судостроении. Данный метод заключается в том, что сначала лазерный луч нагревает поверхность материала (примерно до 1000 градусов), после чего на «подогретый» металл подается сверхзвуковой поток кислорода, что позволяет увеличивать глубину реза, по сравнению с лазерно-кислородной резкой. При этом, несмотря на прямую зависимость скорости окисления от температуры, процесс окисления остается стабильным, что позволяет поверхности реза оставаться гладким и без дефектов.
Особенности кислородной резки с поддержкой лазерным лучом:
— Сверхзвуковой поток кислорода создается высоким давлением газа, около 6 — 10 атм
— Ширина реза равен диаметру кислородного струи и обычно составляет более 3 мм;
— На поверхности материала диаметр пятна больше, чем диаметр струи;
— Расстояние между металлом и срезом сопла должна быть не менее 7 мм;
— Скорость реза значительно ниже, чем при лазерно-кислородной резке и составляет около 1.2 м / мин;
— При мощности лазерного луча 6 кВт, можно делать разрезания металла толщиной до 100 мм.
Лазерная резка в инертном газе
Данная технология применяется в тех случаях, когда нужно избежать окисления кромок металла, а группа инертных газов при нормальных условиях, имеет очень низкую химическую реактивность. Применяется при резке алюминиевых сплавов, нержавеющей стали, титана. Данное резки предусматривает отсутствие дополнительного источника нагрева, значительно уменьшает эффективность резки.
Особенности лазерной резки в инертном газе:
— Наиболее популярным инертным газом при данном резке является азот, при резке титана используется аргон;
— При данной технологии требуется высокое давление режущего газа, обычно от 10 атм и выше. Поэтому, в этом случае применяются фокусируя линзы повышенной толщины;
— Сформированный сверхзвуковая струя инертного газа выдувает капли металла из зоны реза;
— Фокусировка излучения осуществляется на нижнюю поверхность листа;
— минимально допустимое расстояние между срезом сопла и поверхностью материала составляет от 0.5 мм до 1 мм;
— При резке толстых листов металла диаметр сопла достаточно большой (доходит до 3 мм), увеличивает расход инертного газа. Этот факт часто повышает стоимость резки;
— В инертном газе относительно низкая скорость резки.
Лазерное терморозколювання стекла
Используется для равного разделения хрупких материалов, например, стекла или керамики. Лазерный луч неравномерно нагревает материал, который затем охлаждается струей инертного газа, что приводит к появлению трещины. Перемещением источника нагрева по поверхности удается управлять направлением распространения трещины, что, в итоге, позволяет получить достаточно гладкую грань разделения. Принцип работы лазерного терморозколювання стекла заключается в том, что напряжение по поверхности распределяется равномерно и приводит к образованию трещины по нужному шаблону и с ровными гладкими краями.
Лазерное сублимационной резки
Эта технология резки используется, чаще всего, в микроскопических технологиях, когда необходимо минимальное термическое воздействие на материал подложки, которая помещается под область воздействия лазера. Данный эффект можно получить только при очень большой интенсивности лазерного излучения, достигается при импульсном режиме работы лазера. Короткие лазерные импульсы (длительностью от наносекунд до пикосекунд) совершают непрерывный разрез в материале, посредством выполнения отверстий, следующих один за другим. Такие лазеры, как правило, имеют длину волны менее 1 мкм — это твердотельные, эксимерные и лазеры на парах металла. Процесс лазерного сублимационной резки характеризуется небольшим коэффициентом полезности.
Наиболее распространенным в настоящее время является метод лазерно-кислородной резки. Другие разновидности лазерной резки имеют специфические характеристики и используются для решения нестандартных производственных задач