Millised tegurid mõjutavad peamiselt erinevate metallmaterjalide (näiteks alumiinium, vask, roostevaba teras) lõikemõju?

Erinevad erinevate metallmaterjalide (nt alumiinium, vask, roostevaba teras) laserlõikefektide erinevused määravad peamiselt materjali füüsikalised omadused (nt peegeldusvõime, soojusjuhtivus), keemilised omadused (nt, oksüdatsiooni kalduvus) ning laser ja materjali koostoimemehhanism. Allpool on toodud põhiline mõjutavate tegurite üksikasjalik analüüs:

1. Materiaalne peegeldus laseriga

Laserlõikamine sõltub materjali imendumisest laserienergia kohta, kuspeegeldusvõimeotseselt mõjutab energia kasutamist. Kiudlaserid (lainepikkus 1070nm) on tavapärased, kuid erinevatel metallidel on sellel lainepikkusel olulised peegeldusvõime erinevused:

The Role of Tempering Process in the Manufacturing of Laser Cutting Machines

Alumiinium\/vask: Kuna peegeldusvõime on koguni 80–95%(alumiinium ~ 82%, vask ~ 95%), kajastub ja kaob enamik laserienergiat. Imendumise suurendamiseks on vaja kõrgemat võimsust (nt suurem või võrdne 6000W) või spetsiaalsed protsessid (nt eelsoojendamine). Ebapiisav võimsus võib põhjustada "lõikamise algatamise" või "ebapiisava läbitungimise".

Roostevaba teras: Peegeldusvõime on ~ 30–40% (ilma oksiidikihtita), võimaldades tõhusat energia imendumist. Isegi vähese energiatarbega süsteemid (nt 1500W) võivad stabiilselt lõigata õhukesed lehed (vähem või võrdselt 8 mm).

2. materiaalne soojusjuhtivus

Soojusjuhtivus määrab, kui kiiresti soojus levib materjalis, mõjutades sula basseini moodustumist ja lõikamise efektiivsust:

Alumiinium\/vask: Suur soojusjuhtivus (alumiinium ~ 237W\/m · K, vask ~ 401W\/m · k) põhjustab kiiret soojuse difusiooni, muutes raske energia kontsentreerimise piki lõiketee. Lahendused hõlmavadsuurenev võim(soojuskadu kompenseerimiseks) võiLõikekiiruse kiirendamine(Kuumuse difusiooniaja vähendamiseks). Näiteks 2 mm alumiiniumi lõikamine 6000W süsteemiga saavutab kiiruse kuni 5m\/min, samas kui roostevabast terasest sama paksus nõuab ainult 3m\/min.

Roostevaba teras: Madal soojusjuhtivus (~ 16–20W\/m · K) hoiab soojust lokaliseeritud, stabiliseerides sula basseini. See muudab selle sobivaks keskmise paksuse plaadi lõikamiseks (vähem kui 12 mm) mõõduka võimsusega (nt 3000W).

3. Materjali sulamis- ja keemistemperatuur

Sulamispunktid määravad materjali sulatamiseks vajaliku energia, keevpunktid mõjutavad aurustumist (mis nõuab täiendavat energiat):

Alumiinium: Sulab ~ 660 kraadi (madal), kuid keeb ~ 2467 kraadi (kõrge). Lõikamine hõlmab peamiselt sulamist (mitte aurustumist), nõudes abigaasi (nt lämmastikku) sulamist. Ebapiisav gaasirõhk võib põhjustada räbu haardumist ja uinu.

Vask: Sulab ~ 1085 kraadi (kõrgem) ja keeb ~ 2562 kraadi (kõrge). Selle sulatamiseks on vaja kõrgemat võimsust (suurem või võrdne 6000 W) ja viskoosne sulabassein põhjustab sageli "drossi kleepumise" defekte.

Roostevaba teras: Sulab ~ 1500 kraadi juures (kõrge), kuid keeb ~ 2750 kraadi (palju kõrgem). Lõikamine hõlmab peamiselt sulamist. Kasutades hapnikku abistava gaasi vabastab oksüdatsioonisoojuse (panustades 30–50% lõikeenergiast), vähendades vajalikku laservõimsust (nt 3000W hapniku lõikamine 10 mm roostevabast terasest on tõhusam kui 6000W lämmastiku lõikamine).

4. Materjali oksüdatsiooni tendents

Oksüdatsiooni kalduvus mõjutab gaasi valimist ja kärpimise kvaliteeti:

Roostevaba teras: Reageerib hapnikuga, moodustades raudoksiidi (Fe₃o₄), vabastades soojuse, mis suurendab raiumiskiirust (nt 8 mm roostevabast terasest 3000W hapniku lõikamine on kaks korda kiirem kui lämmastiku lõikamine). Kuid oksüdeerimine võib lõikeserva pisut värvuda (nõuab postitamist).

Alumiinium\/vask: Kõrgtemperatuuriga oksüdatsioon moodustab tulekindlad oksiidkiled (nt al₂o₃, mille sulamistemperatuur on 2050 kraadi, CUO sulamistemperatuuriga 1326 kraadi), mis blokeerib laseri energia imendumist.Inertgaasid (lämmastik\/argoon)seega on vaja oksiidi moodustumist ja sula räbu puhumist.

5. Ühilduvus abigaasidega

Tüüp (hapnik, lämmastik, õhk) ja abigaaside rõhk mõjutavad otseselt lõikamist:

Materiaalne	Soovitatav gaas	Mehhanism
Roostevaba teras	Hapnik (eelistatud)	Oksüdatsioon vabastab efektiivsuse suurendamiseks soojuse; Lõigatud servad võivad pisut oksüdeeruda (sobivad mitterežiimiosade jaoks).
	Lämmastik	Ei mingit oksüdatsiooni, mille tulemuseks on heledad puhtad servad (ideaalne täppisosade jaoks, näiteks meditsiini- või toidumasinad).
Alumiinium\/alumiiniumsulamid	Lämmastik\/argoon	Takistab oksiidi kile moodustumist ja puhub viskoosse sulatatud räbu (suurem rõhk: 2. 0 - 3. 0 MPA).
Vask\/vasksulamid	Lämmastik (kõrgrõhk)	Vase viskoosne sulabassein nõuab räbu eemaldamiseks kõrgsurve (suurem või võrdne 3. 0 mpa) gaasi; Suur võimsus (suurem või võrdne 6000 W -ga) on hädavajalik.

6. Tüüpiline lõike jõudluse võrdlus (6000W kiudlaserit)

Materiaalne	Paksus (mm)	Lõikekiirus (m\/min)	Lõigake kvaliteet (Burrs\/värvimuutus)	Soovitatavad taotlused
Roostevaba teras (304)	10	0.8–1.2	Kerge oksüdatsioon hapnikuga; lämmastikuga oksüdeerumist pole	Mehaanilised struktuurid, survenumbid
Alumiinium (5052)	8	1.5–2.0	Ei mingit oksüdatsiooni, võimalikud väiksemad burrid (reguleerige gaasi rõhku)	Autotööstus, kosmosekomponendid
Puhas vask (T2)	5	0.3–0.5	Ei mingit oksüdatsiooni, räbu adhesioon (vaja on kõrgrõhku)	Elektrilised bussid, soojusvaheti osad

Kokkuvõte

Alumiiniumi, vase ja roostevabast terasest varre erinevused lõikeefektidesmateriaalsed füüsikalised\/keemilised omadused ja nende ühilduvus laserienergiaga ja abistamisgaasid. Praktilised kohandused (nt võimsus, kiirus, gaasirõhk) on kriitilised:

Suure peegeldusega alumiinium\/vask vajab suure võimsusega + inertgaasi + kõrgsurve räbu eemaldamist;

Roostevaba teras võib kasutada hapniku oksüdatsiooni energiatõhususe saavutamiseks või lämmastiku jaoks oksiidivabade täppislõikude jaoks.

Nende tegurite mõistmine võimaldab suunatud protsessi optimeerimist tõhususe ja kvaliteedi parandamiseks.

-----------------

Auk