Τεχνικές Δυσκολίες και Λύσεις Κοπής Χονδρών Πλακών με Λέιζερ

Με τη συνεχή ανάπτυξη της τεχνολογίας βιομηχανικής κατασκευής, η κοπή με λέιζερ έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως στον τομέα της επεξεργασίας μετάλλων λόγω των πλεονεκτημάτων της υψηλής ακρίβειας, υψηλής απόδοσης και επεξεργασίας χωρίς-επαφή. Ωστόσο, η τεχνολογία κοπής με λέιζερ αντιμετωπίζει πολλές προκλήσεις κατά την κοπή παχύτερων πλακών. Αυτή η μελέτη στοχεύει να αναλύσει συστηματικά τις τεχνικές δυσκολίες που συναντώνται στη διαδικασία κοπής παχύρρευστων πλακών με λέιζερ και να προτείνει αντίστοιχες λύσεις για την παροχή θεωρητικής καθοδήγησης και τεχνικής αναφοράς για τη βιομηχανική πρακτική.

Η τεχνολογία κοπής με λέιζερ έχει γνωρίσει μια συνεχή εξέλιξη από χαμηλή ισχύ σε υψηλή ισχύ και από λεπτή πλάκα σε παχιά πλάκα. Επί του παρόντος, η κοπή με λέιζερ έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως στην αυτοκινητοβιομηχανία, την αεροδιαστημική, την κατασκευή πλοίων και άλλους τομείς. Ωστόσο, με την αύξηση του πάχους του υλικού, τα προβλήματα της ποιότητας κοπής, της αποτελεσματικότητας και του κόστους γίνονται όλο και πιο έντονα, τα οποία χρήζουν επειγόντως να μελετηθούν και να επιλυθούν σε βάθος.

1.Οι κύριες τεχνικές δυσκολίες της κοπής με λέιζερ παχιά πλάκα

Το πρωταρχικό πρόβλημα που αντιμετωπίζεται στη διαδικασία κοπής παχιάς πλάκας με λέιζερ είναι η σημαντική μείωση της ποιότητας της δέσμης με την αύξηση του βάθους κοπής. Καθώς το λέιζερ στη διείσδυση παχύτερων υλικών θα συμβεί πολλές φορές όταν η ανάκλαση και η διασπορά, με αποτέλεσμα την άνιση κατανομή της ενεργειακής πυκνότητας, η οποία με τη σειρά της επηρεάζει την ποιότητα κοπής. Μελέτες έχουν δείξει ότι όταν το πάχος κοπής υπερβαίνει τα 20 mm, τα χαρακτηριστικά εστίασης της δέσμης λέιζερ θα επιδεινωθούν σημαντικά, με αποτέλεσμα μια ευρεία τομή στο κάτω μέρος της στενής σφήνας-ελαττώματα.

Δεύτερον, η ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα-που δημιουργείται στη διαδικασία κοπής παχιάς πλάκας δεν πρέπει να αγνοηθεί. Λόγω της κακής θερμικής αγωγιμότητας της παχιάς πλάκας, η ενέργεια του λέιζερ συσσωρεύεται στο εσωτερικό του υλικού, με αποτέλεσμα την επέκταση της θερμότητας-επηρεαζόμενης ζώνης, η οποία μπορεί να προκαλέσει αλλαγές στη μικροδομή του υλικού και αύξηση της υπολειπόμενης τάσης. Τα πειραματικά δεδομένα δείχνουν ότι κατά την κοπή ανθρακούχου χάλυβα πάχους 30 mm, το πλάτος της ζώνης που επηρεάζεται από τη θερμότητα-μπορεί να είναι έως και 3-5 φορές μεγαλύτερο από αυτό της κοπής λεπτής πλάκας, επηρεάζοντας σοβαρά τις μηχανικές ιδιότητες του υλικού.

Η πρόσφυση της σκωρίας και η αύξηση της τραχύτητας της επιφάνειας κοπής είναι μια άλλη σημαντική τεχνική δυσκολία. Στη διαδικασία κοπής παχιάς πλάκας, το λιωμένο μέταλλο είναι δύσκολο να φουσκωθεί εντελώς από το βοηθητικό αέριο και είναι εύκολο να σχηματιστεί μια συσσώρευση σκωρίας στο κάτω μέρος της κοπής. Ταυτόχρονα, λόγω της ασταθούς εισροής ενέργειας, στην επιφάνεια κοπής εμφανίζονται συχνά εμφανείς ραβδώσεις και ανομοιομορφίες. Οι στατιστικές δείχνουν ότι όταν το πάχος της πλάκας υπερβαίνει τα 25 mm, η τιμή τραχύτητας Ra της επιφάνειας κοπής μπορεί να φτάσει 2-3 φορές από την κοπή λεπτής πλάκας.

2.Η λύση στις τεχνικές δυσκολίες της κοπής με λέιζερ παχιά πλάκα

Για προβλήματα ποιότητας δέσμης, η βελτιστοποίηση των παραμέτρων λέιζερ είναι η πιο άμεση λύση. Αυξάνοντας την ισχύ του λέιζερ (συνήθως χρειάζονται περισσότερα από 6 kW), ρυθμίστε τη συχνότητα παλμού και τον κύκλο λειτουργίας, μπορείτε να βελτιώσετε το βάθος διείσδυσης ενέργειας. Ταυτόχρονα, η χρήση του συστήματος δυναμικής εστίασης μπορεί να πραγματοποιήσει την αυτόματη προσαρμογή της θέσης εστίασης κατά τη διάρκεια της διαδικασίας κοπής για τη διατήρηση της καλύτερης κατανομής ενεργειακής πυκνότητας. Τα πειράματα έχουν αποδείξει ότι η χρήση λέιζερ ινών 12 kW με τεχνολογία δυναμικής εστίασης μπορεί να κόψει αποτελεσματικά την πλάκα από ανοξείδωτο χάλυβα πάχους 40 mm.

Στον έλεγχο της ζώνης που επηρεάζεται{0}}η θερμότητα, η ανάπτυξη νέας τεχνολογίας κεφαλής κοπής είναι ζωτικής σημασίας. Η χρήση της ταλαντούμενης κεφαλής κοπής ή της τεχνολογίας ταλάντωσης δοκού μπορεί να διασκορπίσει την εισροή θερμότητας και να μειώσει την τοπική υπερθέρμανση. Επιπλέον, ο ακριβής έλεγχος των βοηθητικών αερίων (π.χ. με χρήση αζώτου υψηλής-πίεσης ή ειδικών μιγμάτων αερίων) μπορεί να ψύχει αποτελεσματικά τη ζώνη κοπής. Μελέτες έχουν δείξει ότι ο συνδυασμός στρατηγικών ψύξης αερίου και διαλείπουσας κοπής μπορεί να μειώσει τη ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα κατά περισσότερο από 40% για κράματα αλουμινίου πάχους 30 mm.

Για την αντιμετώπιση του προβλήματος της σκωρίας, η βελτίωση του συστήματος βοηθητικού αερίου είναι το κλειδί. Η υιοθέτηση ενός σχεδίου διπλού ακροφυσίου αερίου (εσωτερικό αέριο υψηλής-πίεσης για την απομάκρυνση της σκωρίας και εξωτερικό προστατευτικό αέριο για την πρόληψη της οξείδωσης) μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την ποιότητα κοπής. Ταυτόχρονα, ο βελτιστοποιημένος σχεδιασμός διαδρομής κοπής και η εισαγωγή{3}}συστημάτων παρακολούθησης σε πραγματικό χρόνο (π.χ. οπτικοί αισθητήρες ή ακουστική παρακολούθηση) μπορούν να ανιχνεύσουν και να αντιμετωπίσουν τη συσσώρευση σκωρίας εγκαίρως. Η πρακτική δείχνει ότι αυτά τα μέτρα μπορούν να μειώσουν το ποσοστό υπολειμμάτων σκωρίας της κοπής παχιάς πλάκας κατά περισσότερο από 60%.