레이저 절단 기술은 모든 사람에게 친숙해야합니다. 레이저 절단 기술은 고 에너지 밀도 레이저 빔을 사용하여 재료를 정확하게 절단하는 가공 방법입니다. 금속 및 비 금속 재료의 가공에 널리 사용됩니다. 가장 일반적인 레이저 절단 장비는 레이저 절단 기계입니다.
레이저 절단 기계는 레이저의 절단 원리를 사용합니다. 레이저 절단의 코어는 고출력 레이저에 의해 생성 된 레이저 빔입니다. 반사기 및 렌즈 시스템, 특히 포커싱 렌즈를 통해 빔은 매우 작은 지점으로 초점을 맞으며, 일반적으로 수십 마이크론의 직경 만 수백 마이크론의 미크론에 초점을 맞추므로, 가공 된 재료의 표면에 매우 높은 에너지 밀도를 형성합니다.
고 에너지 밀도 레이저의 조사하에, 재료의 표면은 섭씨 수만에서 수만에서 수만까지 빠르게 가열되어 재료가 즉시 녹거나 기화되거나 화상을 입 힙니다. 금속 물질의 경우 산화 반응도있을 수 있습니다.
레이저 절단 공정에서 고압 보조 가스 (예 : 산소, 질소, 아르곤 또는 압축 공기 등)가 종종 조합으로 사용됩니다. 한편으로, 그들은 녹은 또는 기화 된 재료를 날려 버리는 데 도움이되며, 다른 한편으로는 절단 영역을 보호하고 열 영향 구역을 줄이며 절단 품질과 속도를 향상시킵니다.
레이저 절단의 주요 공정 매개 변수는 레이저 전력 절단, 절개 폭, 절단 속도 및 가스 유량입니다. 레이저 빔 품질, 렌즈 초점 길이, 디 포커스 및 노즐과 같은 다른 요인들도 레이저 절단에 큰 영향을 미칩니다.
(1) 레이저 전원
재료 특성의 경우, 재료의 표면 반사율이 높으면, 레이저가 재료의 표면을 조사 할 때, 절단을 위해 재료에 의해 흡수되는 대신 더 많은 에너지가 반사됩니다. 따라서 절단을위한 충분한 에너지를 보장하기 위해서는 레이저 전력을 증가시켜야합니다. 마찬가지로, 재료의 열전도율이 양호하면, 레이저 조사에 의해 생성 된 열은 재료 내부에서 빠르게 수행되어 절단 영역의 온도가 절단에 충분한 수준으로 상승하기가 어렵다. 이 경우 절단 효율을 향상시키기 위해 레이저 전력을 증가시켜야합니다. 또한, 융점이 높은 재료 절단은 또한 더 큰 레이저 전력과 전력 밀도가 필요합니다. 융점이 높은 재료는 녹거나 기화되기 위해 더 많은 에너지가 필요하므로 절단의 목적을 달성하기 때문입니다.
(2) 절단 속도
특정 전력 조건에서 플레이트 두께가 증가하면 레이저 빔은 절단을 완료하기 위해 더 깊은 재료 층에 침투해야합니다. 연구에 따르면 절단 속도와 절단 표면 거칠기 사이의 관계는 단순한 선형 관계가 아니라 U 자형 변화 추세를 보여줍니다. 이는 상이한 플레이트 두께 및 다른 절단 가스 압력 조건의 재료의 경우 최적의 절단 속도 포인트가 있음을 의미합니다. 이 속도로 절단 할 때 절단 표면의 거칠기 값을 최소화 할 수 있습니다. 즉, 절단이 가장 매끄 럽습니다. 일반적으로 절단 속도가 빠를수록 전력이 커집니다.
(3) 가스 압력 (가스 흐름)
용융 절단 공정 동안, 레이저 빔은 재료를 용융 온도로 가열합니다. 현재, 가스는 액체 금속을 날려 절개를 형성합니다. 가스 압력은 용융 금속을 효과적으로 제거하고 절단의 연속성과 절개의 선명도를 보장 할 수있을 정도로 커야합니다. 가스 유량은 또한 노즐 형태와 관련이 있습니다. 다른 노즐 형태는 가스의 분포 및 흐름 특성에 다른 영향을 미치므로 적용 가능한 가스 유량도 다릅니다. 노즐을 선택하고 가스 유량을 설정할 때 특정 절단 요구 사항 및 재료 특성에 따라 일치하고 최적화해야합니다.
(4) 빔 품질, 렌즈 초점 길이 및 디 포커스
레이저에 의한 빔 모드 출력은 절단 효과에 중요합니다. 기본 횡 모드 (TEM 00 모드) 빔은 작은 빔 직경과 집중 에너지로 인해 레이저 절단에서 가장 이상적인 빔 모드로 간주됩니다. 실험 연구에 따르면 절개 폭은 비 옥소 보조 절단에서 레이저 스팟 직경과 거의 같다는 것을 보여주었습니다. 스팟 크기는 포커싱 렌즈의 초점 길이, 즉 초점 길이가 길수록 지점이 커집니다. 초점이 짧을수록 지점이 작습니다. 그러나 짧은 초점 길이 렌즈는 더 작은 지점을 얻을 수 있지만 그에 따라 초점 깊이도 줄어 듭니다. 초점 깊이가 작을수록 공작물 표면에서 렌즈까지의 거리 요구 사항이 더욱 엄격합니다. Defocus 값은 절단 속도 및 절단 깊이에 큰 영향을 미치며 절단 과정에서 변경되지 않아야합니다. 일반적으로, defocus 값은 음수 값, 즉 초점 위치는 절단 플레이트 표면 아래의 특정 지점에 배치됩니다.
(5) 노즐
노즐은 레이저 절단의 품질과 효율에 영향을 미치는 중요한 구성 요소입니다. 레이저 절단은 일반적으로 동축 (공기 흐름 및 광 축 동심) 노즐을 사용하며, 노즐 배출구 직경은 플레이트 두께에 따라 선택해야합니다. 또한, 노즐에서 공작물 표면까지의 거리는 절단 품질에 큰 영향을 미칩니다. 절단 공정의 안정성을 보장하기 위해서는이 거리를 일정하게 유지해야합니다.
산업 재료의 레이저 절단
(1) 금속 재료의 레이저 절단
거의 모든 금속 재료는 실온에서 적외선에 대한 반사율이 높습니다. 예를 들어, 1 0의 흡수 속도는 6μm 이산화탄소 레이저는 0.5%~ 10%에 불과합니다. 그러나, 전력 밀도가 집중된 빔을 초과 할 때, 표면은 마이크로 초에서 녹기 시작할 수있다. 대부분의 용융 금속의 흡수 속도는 일반적으로 최대 60%~ 80%까지 급격히 상승합니다. 따라서, 이산화탄소 레이저는 많은 금속 절단 관행에 성공적으로 사용되었습니다.
최신 레이저 절단 시스템으로 절단 할 수있는 탄소강 플레이트의 최대 두께는 2 0 mm을 초과했습니다. 탄소강 플레이트의 절단 이음새는 산소 보조 용융 절단 방법에 의해 만족스러운 폭 범위 내에서 제어 될 수 있으며, 얇은 강판의 절단 이음새는 약 0.1mm만큼 좁을 수 있습니다. 레이저 절단은 스테인레스 스틸 플레이트를위한 효과적인 가공 방법입니다. 매우 작은 범위 내에서 열 영향 구역을 제어하여 부식 저항을 유지할 수 있습니다. 대부분의 합금 구조 강 및 합금 공구강은 레이저 절단에 의해 우수한 최첨단 품질을 얻을 수 있습니다.
알루미늄 및 알루미늄 합금은 산소 보조 용융으로 절단 할 수 없습니다. 녹는 절단 메커니즘을 사용해야합니다. 알루미늄 레이저 절단은 10.6μm 파장 레이저에 대한 높은 반사율을 극복하기 위해 매우 높은 전력 밀도가 필요합니다. 1. 06μm 파장 YAG 레이저 빔은 높은 흡수 속도로 인해 알루미늄 레이저 절단의 절단 품질과 속도를 크게 향상시킬 수 있습니다.
항공기 제조 산업에서 일반적으로 사용되는 티타늄 및 티타늄 합금은 산소가 보조 가스로 사용될 때 강렬한 화학 반응을 보이고 절단 속도가 빠르지 만 절단 가장자리에 산화물 층을 형성하기 쉽습니다.
불활성 가스를 보조 가스로 사용하여 절단 품질을 보장하는 것이 더 안전합니다. 대부분의 니켈 기반 합금은 산소 보조 용융으로 절단 될 수 있습니다. 구리 및 구리 합금은 반사율이 너무 높으며 기본적으로 10.6μm 이산화탄소 레이저로 절단 할 수 없습니다.
(2) 비금속 물질의 레이저 절단
10.6μm CO2 레이저 빔은 비금속 물질에 의해 쉽게 흡수됩니다. 낮은 반사율 및 증발 온도는 거의 모든 흡수 된 빛 에너지가 재료로 들어가게하고, 즉시 기화를 유발하여 구멍을 형성하여 절단 과정의 덕질 사이클에 들어갑니다. 플라스틱, 고무, 목재, 종이 제품, 가죽, 천연 직물 및 기타 유기 물질은 레이저로자를 수 있습니다. 그러나 목재의 두께는 제한되어야합니다. 목재 보드의 두께는 75mm 이내이며 라미네이트와 목재 칩 보드의 두께는 약 25mm입니다. 무기 재료 중에서 석영 및 세라믹은 레이저로자를 수 있습니다. 후자는 제어 된 골절로 절단해야하며 고전력을 사용해서는 안됩니다. 유리와 석재는 일반적으로 레이저 절단에 적합하지 않습니다.
복합 재료 및 시멘트 탄화물과 같은 기존의 방법으로 처리하기 어려운 다른 재료는 레이저로 절단 될 수 있지만, 실험을 통해 합리적인 절단 메커니즘 및 공정 매개 변수를 선택해야합니다.
레이저 절단 기술을 실제로 적용 할 때 절단 효율을 향상시키고, 절감 품질을 향상시키고, 절감 비용을 줄이는 것이 우리가 종종 고려해야 할 사항 중 하나입니다.
생산 효율성을 향상시키기 위해 레이저 절단 기술을 향상시키고, 품질을 줄이고 비용을 줄이면 다음과 같은 측면에서 비용을 줄일 수 있습니다.
1. 레이저 기술의 발전으로, 고전력 레이저 (예 : 10, 000- 와트 레이저)를 사용하면 절단 속도를 크게 증가시킬 수 있으며, 열에 영향을받는 영역과 재료 변형을 줄이면 특히 두꺼운 재료 절단에 더 효율적이고 품질이 향상됩니다.
2. 레이저 파워, 절단 속도, 보조 가스 유형 및 압력, 노즐과 재료 사이의 거리와 같은 매개 변수를 합리적으로 조정하고 특정 재료 및 절단 요구 사항을 기반으로 자세한 설정을 만듭니다. 절단 효율과 품질을 향상시키기 위해 여러 테스트를 통해 최적의 매개 변수 조합을 찾으십시오.
3. 자동 초점 시스템을 통해 레이저 초점 위치는 자재 두께 및 유형에 따라 자동으로 조정되어 정확도를 절단합니다.
4. 절단 시간을 줄이고 절단 헤드를 다음 절단 시작점으로 빠르게 이동시켜 전반적인 작동 효율성을 향상시킵니다.
5. 재료 가장자리와 기울기 각도를 자동으로 감지하고 절단 경로를 자동으로 조정하며 재료 폐기물 및 전처리 시간을 줄입니다.
6. CNC 소프트웨어를 사용하여 절단을 시뮬레이션하고, 가장 간단한 절단 경로를 계획하고, 빈 스트로크를 줄이며, 재료 활용 및 절단 속도를 향상시킵니다.
7. 마모 부품 교체, 광학 부품 청소, 교정 장비 등과 같은 레이저 절단 기계를 정기적으로 유지 관리하고 서비스하여 장비의 장기 안정적인 작동을 보장하고 최적의 절단 성능을 유지합니다.
8. 레이저 커팅 머신의 작업 환경을 적절한 온도와 적당한 습도로 먼지의 영향과 장비 및 절단 효과에 대한 과도한 습도를 피하십시오.
9.보다 고급 CNC 제어 시스템 및 소프트웨어를 사용하여 제어 정확도와 응답 속도를 향상시키고보다 복잡한 절단 작업을 지원하십시오.
10.보다 효율적인 레이저 소스,보다 고급 광학 시스템, 지능형 소프트웨어 알고리즘 등과 같은 레이저 기술의 새로운 개발에 계속주의를 기울여 절단 기능을 지속적으로 향상시킵니다.