Paagutatud metallitööstuses on lõikekvaliteet lõpptoote jõudluse jaoks ülioluline. Erinevate lõikamismeetodite hulgast paistab laserlõikus silma oma suure täpsuse, kontaktivaba olemusega-ja paindlikkuse poolest.
Poorsete metallmaterjalide, nagu titaan- või nikkelvilt, lõikamisel on traditsioonilised pidevlaine{0}}laserid aga altid liigsele soojussisendile, mis põhjustab servade sulamist, uuesti valatud kihi moodustumist ja isegi pooride ummistumist. See kahjustab tõsiselt materjali läbilaskvust, katalüütilist aktiivsust või filtreerimise efektiivsust.
Selles artiklis käsitletakse täiustatud laserprotsesse ja -tehnoloogiaid, mis lahendavad selle väljakutse põhimõtteliselt.
1. Algpõhjus: miks servad sulavad?
Põhjuse mõistmine on lahenduse leidmise võti. Serva sulamise olemus on "ülekuumenemine".
Soojuse akumulatsiooniefekt: Metallvilt koosneb omavahel ühendatud kiududest. Kuigi selle soojusjuhtivus on parem kui polümeervildil, põhjustab selle kolmemõõtmeline poorne struktuur katkendlikud soojusjuhtivuse teed ja väiksem soojusmahtuvus võrreldes tahkete metalllehtedega. CW-laseri pidev energiasisend põhjustab kuumuse kiiret kogunemist lõiketsoonis -üle materjali sulamistemperatuuri-, enne kui see võib puistematerjalidesse difundeeruda.
Materjali omadused: Titaan ja nikkel on mõlemad reaktiivsed metallid, titaanil on kõrge afiinsus hapniku ja lämmastiku suhtes. Kõrgetel temperatuuridel läbivad lõigatud servad oksüdeerumise ja nitridimise, moodustades kõvad ja rabedad ühendikihid. Sellega kaasneb sulamaterjali uuesti{2}tahkumine, mis hävitab algse kiustruktuuri ja poorsuse.
2. Lahendus: tehnoloogiline hüpe "pidevalt" asemel "impulseerivale"
Põhiprintsiip on vähendada kogu soojussisendit ja tagada materjalile piisav "jahutusaeg". See saavutatakse peamiselt kahe võtmetehnoloogia abil:
►1. Impulsskiudlaserite kasutuselevõtt – põhilahendus
Erinevalt pidevlainelistest{0}}laseritest kiirgavad impulsslaserid "laseriimpulsse" väga kõrgetel sagedustel ja väga lühikese kestusega (nanosekundi, pikosekundi või isegi femtosekundi tasemel). Iga impulss loob väikese ablatsiooni- või aurustumispunkti, samal ajal kui impulsside vahelisel intervallil materjal jahtub piisavalt.
►2. Optimeeriv abigaas – asendamatu sünergiline element
Abigaasil on laserlõikamisel kahekordne roll: sulamaterjali väljutamine ja keemilistes reaktsioonides osalemine. Gaasi valik on eriti oluline oksüdatsiooni{1}}altiste materjalide, nagu titaan- ja nikkelvilt, puhul.
Eelistatud valik: kõrge{0}}puhtusastmega inertgaasid (nt argoon, arg)
Funktsioon: loob kaitsva atmosfääri, isoleerides lõikeserva tõhusalt hapnikust ja lämmastikust, et vältida keemilisi reaktsioone kõrgetel temperatuuridel. Samaaegselt eemaldab kiire gaasivool kiiresti aurustunud või minimaalselt sulanud materjali soonest, vältides selle uuesti-ladestumist ja tahkumist kiu servadele.
Kasutage ettevaatusega: hapnik/suruõhk
Kui süsinikterase hapnikuga lõikamine suurendab kiirust eksotermilise reaktsiooni kaudu, siis titaani ja nikli puhul põhjustab see lõikeserva tugevat oksüdatsiooni, moodustades paksu, rabeda oksiidikihi, millega kaasneb märkimisväärne sulamine, ning seda tuleks rangelt vältida.
3. Protsessi põhiparameetrite juhtimine: mikrokirurgia täpsuse saavutamine
Isegi impulsslaseri ja inertgaasi puhul on parameetrite seadistus viimane samm, mis määrab edu.
►Tippvõimsus ja impulsi sagedus: kõrgem tippvõimsus tagab tõhusa materjali aurustamise, samas kui sobiv impulsi sagedus (mitte tingimata kõrgem on parem) peab vastama lõikekiirusele, et tagada iga impulsi jaoks piisav jahutusaeg.
►Lõikamiskiirus: liiga aeglane kiirus põhjustab liigset soojust; liiga kiire võib põhjustada mittetäielikke lõikeid või karedaid servi. Eesmärk on kasutada võimalikult suurt kiirust, tagades samas täieliku läbitungimise.
►Fokaalne asend: joondage fookus täpselt materjali pinnale või veidi selle sees, et saavutada väikseima punkti läbimõõt ja suurim energiatihedus peenemaks lõikamiseks.
►Düüside ja gaasi voolukiirus: valige sobiv düüsi läbimõõt ja tagage kõrge{0}}puhtusastmega inertgaasi piisav ja stabiilne vool, et moodustada tõhus kaitsekardin ja tõhus väljutusvõime.
