Лучевой телескоп и наружная оптика

После этого лазерный луч от лучевого телескопа через наруж­ную оптику, состоящую из фазокомпенсатора и отклоняющего зеркала, подается на фокусировочное устройство станка. Фокусировочное устройство состоит из линзы, которая соби­рает лазерный луч в фокальное пятно (фокус). В фокусе удельная мощность достигает величины более 10⁷ Вт/см. В зависимости от фокусного расстояния линзы, фокус распола­гается на различных расстояниях от нее.

 

Рисунок 13. Принцип лазерной резки

Фокус

В зависимости от требований обрабатываемого материала фокус располагается над поверхностью заготовки, на ней или под ней.

Процесс резки

Высокая удельная мощность ведет к быстрому нагреву, плавлению и частичному или полному испарению материала. Выходящий соосно лазерному лучу газовый поток удаляет материал из образующейся при резке прорези. Образующаяся при резке прорезь и, таким образом, кромка реза в заготовке определяется, в зависимости от конструкции станка, подачей фокусировочного устройства или заготовки или, соответст­венно, комбинацией обеих подач.

Рисунок 14. Лазерной резки: процесс резки

Обзор технологических процессов

Термическое разделение при помощи лазерного луча может быть подразделено на три различных процесса:

1. Сублимационная резка

2. Резка плавлением

3. Газовая резка

 

Лазерная сублимационная резка

При сублимационной резке материал под воздействием лазерного луча испаряется в зоне, образующейся при резке прорези. В качестве газов для резки используются инертные или химически пассивные газы, например, азот (N₂), гелий (Не) или аргон (Аr).

Применение: Данный процесс резки применяется как для металлов, так и для таких материалов, которые плавятся незначительно, или вообще не имеют расплавленного состояния. Такими мате­риала являются, например, древесина, бумага, керамика и пластмассы. При обработке неметаллических материалов заготовка должна быть защищена от экзотермической реакции (горения) потоком защитных газов. При обработке металлов необходимо интенсивность лазера выбрать настолько высокой, чтобы практически исключить потери на теплопроводность. Благодаря этому область рас­плавленной фазы в зоне взаимодействия лазерного луча и заготовки уменьшается до минимума.

Особенности лазерной сублимационной резки:

• Благодаря тому, что практически не происходит плавления материала, образуются гладкие кромки реза, которые не имеют такой ярко выраженной шероховатой структуры, как при резке плавлением или газовой резке.

• Зона теплового воздействия в краевой части кромки реза, а также общая тепловая нагрузка на заготовку сводятся к минимуму.

• Не образуется окисления кромки реза. Благодаря этому заготовка может подвергаться дальнейшей обработке, например, лакироваться или свариваться, без дополни­тельной обработки.

• Для сублимационной резки необходима высокая интен­сивность лазерного излучения.

• В связи с высокой удельной теплотой испарения металлов возможны лишь относительно невысокие скорости резания.

• Толщина металлических материалов не должна превышать 1 мм.

Лазерная резка плавлением

При резке плавлением материал под воздействием лазерного луча переходит в области прорези в расплавленное состояние, а затем этот расплав удаляется струей газа. Для этого исполь­зуются инертные газы, например, азот (N₂) или аргон (Аг).

Применение: Типичными для данного процесса резки являются высоко­легированные стали и цветные металлы.

Особенности лазерной резки плавлением:

• По сравнению с сублимационной резкой возможны более вы­сокие скорости резания, т. к. материал в прорези не должен испаряться.

• Однако, по сравнению с газовой резкой достигаются меньшие скорости резания.

• В зависимости при вида применяемого газа может быть предотвращено, например, при резке металлов, окисление кромок реза.

Резка высокого давления

Резка высокого давления представляет собой резку плавлением, при которой азот в качестве газа для резки подводится под давлением свыше 6 бар. Высокое давление газа вызывает более высокую скорость удаления расплава из прорези, образующейся при резке. Этим эффективно предотвращается образование заусенцев, а также прилипание шлаков к кромкам реза. Т. к. в качестве газа для резки используется азот, то кромки реза не окисляются.

Применение: Резка высокого давления подходит для обработки нержаве­ющих сталей и сплавов алюминия.

Особенности резки высокого давления:

• Неокисляемая кромка реза

• При обработке нержавеющих сталей не образуются заусенцы

• Незначительное образование заусенцев при обработке алюминиевых сплавов с толщиной материала свыше 3 мм

• Не требуется дополнительная обработка заготовки

• Высокий расход газа

• Более низкие скорости резания, чем при газовой резке

• Врезание при помощи инертного газа возможно только условно (в зависимости от материала; в качестве газа врезания используется преимущественно кислород)

• Зависящее от толщины листа положение фокуса