Основной процесс лазерной резки

1. Испарительная резка.
В процессе резки с помощью лазерной газификации температура поверхности материала повышается до температуры кипения настолько быстро, что этого достаточно, чтобы избежать плавления, вызванного теплопроводностью, поэтому часть материала испаряется в пар и исчезает, а часть материала сдувается со дна щели вспомогательным газовым потоком в виде выброса. В этом случае требуется очень высокая мощность лазера.
Чтобы предотвратить конденсацию паров материала на стенке щели, толщина материала не должна значительно превышать диаметр лазерного луча. Поэтому обработка подходит только для приложений, где необходимо избегать исключения расплавленного материала. Обработка фактически используется только в очень небольших областях использования для сплавов на основе железа.
Процесс не может быть использован для материалов, таких как дерево и некоторые виды керамики, которые не имеют состояния плавления и, следовательно, вряд ли позволят парам материала повторно конденсироваться. Кроме того, эти материалы обычно должны достигать более толстых надрезов. При лазерной газификационной резке оптимальная фокусировка луча зависит от толщины материала и качества луча. Мощность лазера и теплота газификации оказывают только определенное влияние на оптимальное положение фокуса. В случае определенной толщины пластины максимальная скорость резки обратно пропорциональна температуре газификации материала. Требуемая плотность мощности лазера превышает 108 Вт/см2 и зависит от материала, глубины резки и положения фокуса луча. В случае определенной толщины пластины, предполагая, что имеется достаточная мощность лазера, максимальная скорость резки ограничивается скоростью газовой струи.
2. Плавка и резка.
При лазерной резке плавлением заготовка частично расплавляется, а расплавленный материал распыляется с помощью потока воздуха. Поскольку перенос материала происходит только в жидком состоянии, этот процесс называется лазерной резкой плавлением.
Лазерный луч сочетается с инертным режущим газом высокой чистоты, чтобы оттолкнуть расплавленный материал от щели, в то время как сам газ не участвует в резке. Лазерная плавильная резка может иметь более высокую скорость резки, чем газификационная резка. Энергия, необходимая для газификации, обычно выше, чем необходимая для расплавления материала. При лазерной резке плавлением лазерный луч поглощается лишь частично. Максимальная скорость резки увеличивается с увеличением мощности лазера и уменьшается почти обратно пропорционально увеличению толщины пластины и температуры плавления материала. В случае определенной мощности лазера ограничивающим фактором является давление воздуха в щели и теплопроводность материала. Лазерная плавильная резка для железных материалов и титанового металла может быть получена без окислительного надреза. Плотность мощности лазера, которая производит плавление, но меньше газификации, составляет от 104 Вт/см2 до 105 Вт/см2 для стальных материалов.
3. Резка окислительным плавлением (лазерная резка пламенем).
При резке расплавленным металлом обычно используется инертный газ, но если его заменить кислородом или другими активными газами, материал воспламеняется под воздействием лазерного луча, а интенсивная химическая реакция с кислородом создает еще один источник тепла, в результате чего материал дополнительно нагревается, что называется резкой с окислительным плавлением.
Из-за этого эффекта при одинаковой толщине конструкционной стали скорость резки, полученная этим методом, выше, чем при плавильной резке. С другой стороны, этот метод может иметь худшее качество резки, чем плавильная резка. Фактически он производит более широкую щель, значительную шероховатость, увеличенную зону термического влияния и худшее качество кромок. Лазерная газовая резка не подходит для обработки прецизионных моделей и острых углов (есть риск обжига острых углов). Импульсный режим лазера может использоваться для ограничения теплового воздействия, а мощность лазера определяет скорость резки. В случае определенной мощности лазера ограничивающим фактором является подача кислорода и теплопроводность материала.
4. Контроль над разрушением разреза.
Для хрупких материалов, которые легко повреждаются под воздействием тепла, высокоскоростная и контролируемая резка посредством нагрева лазерным лучом называется контролируемой резкой разрушения. Основное содержание этого процесса резки заключается в следующем: лазерный луч нагревает небольшую область хрупкого материала, вызывая большой температурный градиент и серьезную механическую деформацию в этой области, что приводит к образованию трещин в материале. Пока поддерживается сбалансированный градиент нагрева, лазерный луч может направлять трещину в любом желаемом направлении.