Lazeriai pirmą kartą buvo naudojami pjovimui aštuntajame dešimtmetyje. Šiuolaikinėje pramoninėje gamyboje pjovimas lazeriu plačiai naudojamas lakštinio metalo, plastiko, stiklo, keramikos, puslaidininkių, tekstilės, medžio ir popieriaus apdirbimui.
Per ateinančius kelerius metus pjovimo lazeriu taikymas tikslaus apdirbimo ir mikroapdirbimo srityse taip pat labai išaugs.
pjovimas lazeriu
Kai fokusuotas lazerio spindulys apšviečiamas ant ruošinio, apšvitinta sritis smarkiai įkaista, kad medžiaga ištirptų arba išgaruotų. Kai tik lazerio spindulys prasiskverbia į ruošinį, prasideda pjovimo procesas: Lazerio spindulys juda išilgai kontūro lydydamas medžiagą. Oro čiurkšlė paprastai naudojama lydalui nupūsti nuo įpjovos, paliekant siaurą tarpą tarp nupjautos dalies ir plokštelės laikiklio, beveik tokio pat pločio kaip fokusuoto lazerio spindulys.
Pjovimas liepsna
Pjovimas deguonimi yra standartinis švelnaus plieno pjovimo procesas, naudojant deguonį kaip pjovimo dujas. Į pjūvį pučiamas deguonis, suslėgtas iki 6 barų. Ten įkaitęs metalas reaguoja su deguonimi: prasideda degimas ir oksidacija. Dėl cheminės reakcijos išskiriamas didelis energijos kiekis (iki penkių kartų didesnis už lazerio galią), kad būtų lengviau pjauti lazerio spindulį.
paveikslėlį
1 pav. Lazerio spindulys išlydo ruošinį, o pjovimo dujos išpučia išlydytą medžiagą ir šlaką pjūvyje
Lydymosi pjovimas
Lydymosi pjovimas yra dar vienas standartinis metalo pjovimo procesas. Taip pat gali būti naudojamas pjaustyti kitas lydinčias medžiagas, tokias kaip keramika.
Azotas arba argonas naudojamas kaip pjovimo dujos, o dujos, kurių slėgis yra 2-20 bar, pučiamos per pjūvį. Argonas ir azotas yra inertinės dujos, o tai reiškia, kad jie nereaguoja su išlydytu metalu pjūvyje, tiesiog pučia jį į apačią. Tuo pačiu metu inertinės dujos gali apsaugoti pjovimo briauną nuo oksidacijos oru.
pjovimas suslėgtu oru
Suslėgtu oru galima pjauti ir plonus lakštus. Oro slėgis iki 5-6 baro pakanka, kad išsilydęs metalas būtų išpūstas iš pjūvio. Kadangi oras yra beveik 80 procentų azoto, suslėgto oro pjovimas iš esmės yra sintezės pjovimas.
plazminis pjovimas
Jei parametrai bus parinkti tinkamai, plazmos debesis atsiras plazmos lydančioje pjovimo plyšyje. Plazmos debesis susideda iš jonizuotų metalo garų ir jonizuotų pjovimo dujų. Plazmos debesis sugeria CO2 lazerio energiją ir perduoda ją į ruošinį, todėl su ruošiniu susieta daugiau energijos, o medžiaga greičiau ištirps, todėl pjovimo greitis bus didesnis. Todėl šis pjovimo procesas dar vadinamas greituoju plazminiu pjovimu.
Plazminiai debesys yra beveik skaidrūs kietojo kūno lazeriams, todėl tik CO2 lazeriai gali būti naudojami pjovimui su plazma.
paveikslėlį
dujinimo pjovimas
Pjovimas dujomis išgarina medžiagą, sumažindamas šiluminį poveikį aplinkinėms medžiagoms. Tai galima pasiekti išgarinant mažai šildomas, gerai sugeriančias medžiagas, tokias kaip plonos plastikinės plėvelės, taip pat nelydančios medžiagos, pvz., mediena, popierius, putplastis ir kt., naudojant nuolatinį CO2 apdorojimą lazeriu.
Ultratrumpų impulsų lazeriai leidžia šią techniką pritaikyti kitoms medžiagoms. Laisvieji elektronai metale sugeria lazerio šviesą ir smarkiai įkaista. Lazerio impulsai nereaguoja su išlydytomis dalelėmis ir plazma, o medžiaga sublimuojasi tiesiogiai, nesuteikdama laiko perduoti energijos šilumos pavidalu aplinkinėms medžiagoms. Pikosekundiniai impulsai pašalina medžiagą be reikšmingo šiluminio poveikio, lydymosi ir nesusidarymo.
paveikslėlį
3 pav. Dujinimo pjovimas: lazeris išgaruoja ir sudegina medžiagą. Dėl garų slėgio iš pjūvio išteka šlakas
Parametrai: apdirbimo proceso reguliavimas
Daugelis parametrų turi įtakos pjovimo lazeriu procesui, kai kurie iš jų priklauso nuo lazerio ir staklių techninių charakteristikų, o kiti skiriasi.
poliarizacijos laipsnis
Poliarizacijos laipsnis rodo, kiek procentų lazerio šviesos konvertuojama. Tipiškas poliarizacijos laipsnis yra apie 90 procentų. To pakanka aukštos kokybės kirpimui.
židinio skersmuo
Židinio skersmuo turi įtakos plyšio plotiui, o židinio skersmenį galima keisti keičiant fokusuojančio veidrodžio židinio nuotolį. Mažesnis židinio skersmuo reiškia siauresnį pjūvį.
fokusavimo padėtis
Fokusavimo padėtis lemia pluošto skersmenį ir galios tankį ruošinio paviršiuje bei pjūvio formą.
paveikslėlį
4 pav. Fokusavimo padėtis: ruošinio viduje, ruošinio paviršiuje ir virš ruošinio
lazerio galia
Lazerio galia turi atitikti apdorojimo tipą, medžiagos tipą ir storį. Galia turi būti pakankamai didelė, kad ruošinio galios tankis viršytų apdirbimo slenkstį.
paveikslėlį
5 pav. Didesnė lazerio galia gali pjauti storesnes medžiagas
Darbinis režimas
Nepertraukiamas režimas daugiausia naudojamas standartiniams metalo ir plastiko profiliams pjaustyti milimetrų iki centimetrų dydžiais. Perforacijai išlydyti ar tiksliams kontūrams sukurti naudojami žemo dažnio impulsiniai lazeriai.
pjovimo greitis
Lazerio galia ir pjovimo greitis turi atitikti vienas kitą. Pjovimo greitis per didelis arba per lėtas padidins šiurkštumą ir susidarys įdubos.
paveikslėlį
6 pav. Pjovimo greitis mažėja didėjant lakšto storiui
Purkštuko skersmuo
Antgalio skersmuo lemia dujų srauto iš purkštuko srautą ir formą. Kuo storesnė medžiaga, tuo didesnis dujų srovės skersmuo ir atitinkamai purkštuko angos skersmuo.
Dujų grynumas ir barometrinis slėgis
Deguonis ir azotas dažnai naudojami kaip pjovimo dujos. Dujų grynumas ir slėgis turi įtakos pjovimo efektui.
Pjaunant deguonies kuru, reikalingas 99,95 proc. dujų grynumas. Kuo storesnė plieno plokštė, tuo mažesnis naudojamas dujų slėgis.
Lydymosi pjovimui azotu reikalingas 99,995 proc. dujų grynumas (idealiu atveju 99,999 proc.), o norint pjauti storesnes plienines plokštes, reikalingas didesnis dujų slėgis.
Techninių duomenų lapas
Pirmosiomis lazerinio pjovimo dienomis vartotojai turėjo patys nuspręsti dėl apdorojimo parametrų nustatymo bandomuoju būdu. Nustatyti apdirbimo parametrai dabar yra saugomi pjovimo sistemos valdymo bloke. Kiekvienam medžiagos tipui ir storiui yra atitinkami duomenys. Techninių duomenų lapas leidžia sklandžiai dirbti lazerinio pjovimo įrangą net ir tiems, kurie nėra susipažinę su šia technologija.
Pjovimo lazeriu kokybės vertinimo veiksniai
Yra daug kriterijų, leidžiančių įvertinti lazeriu nupjauto krašto kokybę. Tokie standartai, kaip šerpetojimo forma, depresija ir tekstūra, gali būti vertinami plika akimi; vertikalumą, šiurkštumą ir pjūvio plotį ir pan., reikia išmatuoti specialiais instrumentais. Medžiagų nusėdimas, korozija, karščio paveikta zona ir deformacija taip pat yra svarbūs faktoriai pjovimo lazeriu kokybei matuoti.
