Лазерная резка металла – эффективная и высококачественная

Лазерная резка, обозначаемая во всем мире как "Laser Beam Cutting" ("LBC"), предполагает нагревание определенного участка обрабатываемого изделия, а затем и его разрушение при помощи лазерного луча.

1 Лазерная резка металла – сущность и технология процесса

Лазерный луч несложно сфокусировать на совсем небольшую поверхность изделия, сформировав на ней достаточно высокую плотность энергии, которой вполне хватает для разрушения материала. Для плавления изделий из металла, например, показатель плотности составляет 108  Ватт на квадратный сантиметр. Добиться такого эффекта позволяют следующие уникальные свойства лазерного луча:

  • монохроматичность: луч лазера, в отличие от обычного света, описывается постоянной частотой и длиной волны, что значительно упрощает его фокусировку на требуемой зоне при помощи несложной системы оптических линз;
  • направленность: возможность сконцентрировать луч на сравнительно малом участке (если сравнивать луч прожектора с лазерным, направленность последнего будет в несколько тысяч раз выше);
  • когерентность: мощность излучения увеличивается в разы за счет резонанса, обусловленного когерентными колебаниями множества волновых процессов, протекающих во времени полностью согласованно.

При разрезании металла влияние лазерного луча описывается едиными характеристиками, которые имеют отношение к распространению за счет теплопроводности энергии (поглощенной) по объему поверхности, отражению и поглощению излучения, и некоторыми иными особенностями специфического плана.

В зоне влияния луча происходит нагрев изделия до температуры плавления металла. Через некоторое время материал расплавляется еще больше, что приводит к перемещению фазы плавления вглубь металла. Если еще больше нагревать изделие лучом, температуру можно увеличивать до тех пор, пока не будет достигнута точка кипения металла, при которой фиксируется его испарение.

На фото - лазерная резка металла, combetapro.ru

Указанные явления дают возможность выполнять резку металла лазером по двум схемам:

  • испарением;
  • плавлением.

Методика испарения, как понятно из ее описания, возможна только при повышенных энергетических затратах, а это не всегда целесообразно с экономической точки зрения. Кроме того, толстый горячекатаный лист испарением разрезать достаточно сложно, метод подходит исключительно для обработки тонкой стали.

В связи с этим чаще всего резку лазерным лучом осуществляют плавлением. Причем для уменьшения энергозатрат, увеличения скорости процесса резки и толщины металла, поддающегося обработке, нередко в зону реза вдувают вспомогательный газовый состав (инертный газ, кислород, азот, воздух). При такой схеме резки речь идет уже о газолазерной технологии.

Фото газолазерной резки металла, fs2003.ru

Вспомогательный газ, в частности кислород, выполняет сразу несколько функций:

  • помогает стали окислиться и уменьшить ее отражающую способность;
  • дает добавочную теплоту за счет того, что в кислородной струе металл горит более активно (лазерное излучение при этом становится эффективнее в несколько раз);
  • уносит посредством сдувания из зоны обработки продукты сгорания металла и его мелкие частицы, что повышает степень притока газа к области реакции горения.

2 Достоинства и недостатки резки материалов лазерным лучом

Лазерный раскрой металлов характеризуется множеством преимуществ по сравнению с иными вариантами выполнения подобной операции:

  • допускается резка стальных листов небольшой толщины (от 0,2 до 1 мм) и более массивных изделий (до 20 мм), меди и латуни (0,2–15 мм), сплавов на основе алюминия (0,2–20 мм), листов нержавейки (толщиной до 50 мм), из которых делают нержавеющие трубы;
  • установка резки лазером не имеет механического контакта с материалом, что дает возможность высокоэффективно обрабатывать легко деформирующиеся и очень хрупкие поверхности;На фото - резка лазером без механического контакта, b2b.by
  • чтобы раскроить изделие, нужно лишь создать в чертежной программе файл рисунка, а затем отправить его на блок управления лазерного оборудования, все остальное сделает компьютер лазерной установки, гарантирующий минимальные погрешности обработки (точность – до 0,1 мм);
  • возможность резки тонких стальных листов на большой скорости, а также изделий из твердых сплавов;
  • не нужно подготавливать формы для литья металлов либо дорогие пресс-формы при изготовлении малых партий продукции;
  • высокая скорость реза и производительность, грамотный расход обрабатываемого материала, минимум отходов после операции – все это ведет к снижению ее себестоимости (механическая обработка после применения лазерного луча для раскроя листов также не требуется).Фото лазерной резки с высокой скоростью, litcult.ru

Кроме того, лазерные станки отличаются великолепной универсальностью. Благодаря этому на них можно производить практически любые детали, какую бы сложность они не имели.

К недостаткам резки металла с применением лазера можно отнести лишь несколько фактов:

  • по стоимости одной детали резка лазером более дорогостоящая, нежели штамповка, но только при условии, что в себестоимость последней не включены затраты на подготовку штампа;
  • толщина обрабатываемого металла ограничена.

3 Что представляет собой станок (установка, оборудование) для лазерной резки металла?

В настоящее время видов лазерных установок, обладающих достаточными показателями мощности для работы с металлическими листами и изделиями, имеется немало. Их принято делить на три типа:

  1. Газовые. Могут быть с поперечной либо с продольной прокачкой смеси газов (чистых газов – гелий, азот, углекислый газ), применяемых в качестве рабочего тела. Принцип работы данных лазеров такой: газовая композиция через специальную трубку прокачивается под действием насоса, а электроразряд для ее накачки обеспечивают атомы газа, находящиеся в энергетически активном состоянии. Достаточно мощными и при этом компактными лазерами являются углекислотные щелевидные установки. Они признаются самыми простыми и эффективными в работе.На фото - газовый станок для лазерной резки металла, novator-grp.ru
  2. Твердотельные. В их конструкции обязательно имеется лампа накачки, без которой на рабочее тело невозможно будет передать требуемое излучение. Рабочим телом при этом выступает стержень (в промышленном оборудовании его обычно делают из высокочистого искусственного рубина, легированного неодимом иттриевого граната или из специального неодимового стекла). Как правило, твердотельные станки функционируют в импульсном режиме, но при необходимости их можно настроить и на непрерывную работу.
  3. Газодинамические. Похожи на газовые установки (по сути, являются их разновидностью), но в них газ требуется нагревать до 2–3 тысяч градусов, после чего пропускать через специальное сопло на сверхзвуковой скорости, а затем охлаждать. Весь процесс из-за множества операций получается дорогостоящим и сложным, поэтому газодинамическое оборудование используется крайне редко.Фото газодинамического станка для лазерной резки металла, stanki-deka.ru

В конструкции любого станка для резки лазером предусмотрено наличие:

  • комплекса образования и передачи газа и излучения (в его составе – сопло, механизм подачи газа, поворотные зеркала, юстировочный лазер, система фокусировки, оптический затвор, механизм стабилизации зазора и фокальной поверхности и другие элементы);
  • излучателя с зеркалами резонатора, активной средой, элементами комплекса накачки и устройством модуляции, если таковое необходимо для работы установки;
  • автоматической системы управления с рядом подсистем, которые управляют и контролируют все параметры станка;
  • координатного устройства, необходимого для перемещения в пространстве детали и луча лазера.
Рекомендуемые организации
ООО ПКФ «Сармат» ООО ПКФ «Сармат»
Россия, Ижевск, улица Гольянский поселок, 1 А
ООО «МТСК» ООО «МТСК»
Россия, Москва, Северный, Чермянский проезд, 7, строение 1
Обзор товаров
Трубогиб ручной ТР и другие марки – рассматриваем типы этого приспособленияТрубогиб ручной ТР и другие марки – рассматриваем типы этого приспособления

В этой статье мы рассмотрим различные механические трубогибы, которые можно использовать руками, применяя только мускульную ...

Смотреть
Виды сварочных аппаратов – обзор популярных моделейВиды сварочных аппаратов – обзор популярных моделей

Статья подскажет вам, какое специальное оборудование имеет смысл приобрести, если вы планируете производить работы по ...

Смотреть
Трубогиб ручной ТР и другие марки – рассматриваем типы этого приспособленияТрубогиб ручной ТР и другие марки – рассматриваем типы этого приспособления

В этой статье мы рассмотрим различные механические трубогибы, которые можно использовать руками, применяя только мускульную ...

Виды сварочных аппаратов – обзор популярных моделейВиды сварочных аппаратов – обзор популярных моделей

Статья подскажет вам, какое специальное оборудование имеет смысл приобрести, если вы планируете производить работы по ...