วิธีลดอิทธิพลของพลาสมาคลาวด์ในการตัดโลหะด้วยเลเซอร์

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ด้วยความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับการตัดโลหะแผ่น วิธีการตัดแบบดั้งเดิมจึงเป็นเรื่องยากที่จะตอบสนองความต้องการด้านการผลิตได้ดียิ่งขึ้น เนื่องจากความแม่นยำต่ำและพื้นที่รับความร้อนขนาดใหญ่ การตัดด้วยไฟเบอร์เลเซอร์มีข้อดีมากมาย เช่น พื้นที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนขนาดเล็ก ความแม่นยำสูง ความเร็วที่รวดเร็ว การประมวลผลแบบไม่สัมผัส และกำลังค่อยๆ แทนที่กระบวนการตัดแบบดั้งเดิม
 

หลักการของการตัดโลหะด้วยเลเซอร์คือการใช้ลำแสงเลเซอร์เป็นแหล่งความร้อนเพื่อฉายรังสีพื้นผิววัสดุโลหะ ทำให้พื้นผิววัสดุโลหะมีอุณหภูมิสูงขึ้นจนถึงจุดหลอมเหลว (จุดเดือด) ในขณะเดียวกันหัวฉีดจะปล่อยก๊าซตัดออกขนานไปกับ ทิศทางการฉายรังสีของลำแสงเลเซอร์จะพัดพาสารประกอบที่หลอมเหลว (ก๊าซ) ออกไป (เมื่อก๊าซตัดเป็นก๊าซที่ใช้งานอยู่ เช่น ออกซิเจน ก๊าซตัดจะทำปฏิกิริยากับวัสดุโลหะเพื่อให้ความร้อนจากปฏิกิริยาออกซิเดชั่น ผ่านการควบคุมของอุปกรณ์เคลื่อนที่ หัวตัดเคลื่อนที่ตามแนวที่กำหนดไว้เพื่อตัดชิ้นงานรูปทรงต่างๆ

ในกระบวนการตัดโลหะด้วยเลเซอร์ ความหนาแน่นของพลังงานของเลเซอร์ที่ตกกระทบจะแตกต่างกัน และการเปลี่ยนแปลงของพื้นผิววัสดุโลหะก็แตกต่างกันเช่นกัน โดยทั่วไป เมื่อความหนาแน่นของพลังงานเลเซอร์บนพื้นผิวของวัสดุโลหะถึง 10 mW/cm2 พื้นผิวของวัสดุโลหะจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วจนถึงจุดเดือดของวัสดุและกลายเป็นไอของโลหะอย่างรุนแรง
 

เมื่อความหนาแน่นของพลังงานเลเซอร์บนพื้นผิวของวัสดุโลหะเกิน 100 mW/cm2 ไอของโลหะที่ไม่สามารถปล่อยออกมาได้ทันเวลาจะถูกทำให้ร้อนโดยพลังงานเลเซอร์เพื่อสร้างพลาสมาคลาวด์
 

พลาสมาคลาวด์ส่วนใหญ่ที่เกิดจากวัสดุโลหะที่ใช้ตัดด้วยเลเซอร์จะถูกพัดพาไปโดยแก๊สตัด และส่วนเล็กๆ ที่เหลือจะก่อตัวเป็นพลาสมาคลาวด์เพื่อส่งผลต่อการตัดโลหะ:

1) เมฆพลาสมาจะเกาะอยู่บนพื้นผิวของวัสดุโลหะ ขัดขวางการส่งพลังงานเลเซอร์ และลดความเร็วในการตัด

2) เมฆพลาสมาที่ติดอยู่ใต้หัวฉีดจะไม่เพียงเปลี่ยนสื่อความจุระหว่างหัวฉีดและวัสดุโลหะเท่านั้น แต่ยังทำให้หัวฉีดร้อนขึ้น ส่งผลต่อพารามิเตอร์ประสิทธิภาพความจุของมัน รบกวนผลการตรวจจับของตัวควบคุมความสูงของตัวเก็บประจุ ลดความแม่นยำ ของการควบคุมติดตามและส่งผลต่อผลการตัด

ใช้เลเซอร์ 2000 W ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในตลาดเป็นตัวอย่าง หากใช้กับหัวตัด 100/125 (ทางยาวโฟกัส collimator/ทางยาวโฟกัสของเลนส์โฟกัส) เมื่อเส้นผ่านศูนย์กลางแกนของหางหมูน้อยกว่า 40 μ ที่ m ความหนาแน่นพลังงานเฉลี่ยของจุดแสงที่จุดโฟกัสเป็นศูนย์จะสูงถึง 100 mW/cm2 โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อตัดแผ่นโลหะบางๆ จะทำให้เกิดเมฆพลาสมาได้ง่ายขึ้น

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ข้อดีของเลเซอร์โหมดเดียวได้รับการยอมรับจากตลาด ด้วยการเพิ่มประสิทธิภาพอย่างต่อเนื่องของโครงร่างออปติก พลังงานเลเซอร์โหมดเดียวของอุปกรณ์ก็ค่อยๆ เพิ่มขึ้นเช่นกัน คุณภาพของลำแสงที่สูงขึ้น (โดยทั่วไปจะสอดคล้องกับเส้นผ่านศูนย์กลางแกนที่เล็กกว่าของหางเปีย) และกำลังขับที่สูงขึ้นทำให้ความหนาแน่นของพลังงานเฉลี่ยของจุดแสงที่จุดโฟกัสเป็นศูนย์สูงขึ้นเรื่อย ๆ และสร้างเมฆพลาสมาได้ง่ายขึ้นเมื่อตัดบาง ๆ แผ่นโลหะ

เพื่อแก้ปัญหานี้ กระบวนการตัดต่อไปนี้สามารถลดผลกระทบของพลาสมาคลาวด์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ:

1. ใช้การตัดพัลส์ การใช้โหมดการตัดแบบพัลส์สามารถรับประกันกำลังสูงสุดของเลเซอร์ในด้านหนึ่ง และลดระยะเวลาการฉายรังสีของเลเซอร์บนวัสดุโลหะในทางกลับกัน ช่วยลดการสร้างพลาสมาคลาวด์

2. ลดกำลังการตัดด้วยเลเซอร์อย่างเหมาะสม การลดกำลังการตัดสามารถลดความหนาแน่นของกำลังเฉลี่ยที่โฟกัสและลดการสร้างเมฆพลาสม่าได้โดยไม่เปลี่ยนแปลงเงื่อนไขอื่นๆ เมื่อตัดเหล็กกล้าไร้สนิมขนาด 1 มม. ด้วยเลเซอร์โหมดเดียว 2000W ที่กำลังเต็มที่และโฟกัสเป็นศูนย์ ความเร็วในการตัดจะไม่เหมาะเนื่องจากอิทธิพลของพลาสม่าคลาวด์ เมื่อกำลังตัดลดลงเหลือ 1800W ความเร็วตัดจะเพิ่มขึ้น 50 เปอร์เซ็นต์

3. ขยายและตัดร่องอย่างเหมาะสม การขยายร่องตัดให้กว้างขึ้นไม่เพียงแต่ให้ช่องทางที่กว้างขึ้นสำหรับพลาสมาคลาวด์เพื่อกระจายลงด้านล่าง ลดผลกระทบของพลาสมาคลาวด์ที่มีต่อการตัด แต่ยังช่วยเร่งการปล่อยตะกรันในร่องและเพิ่มผลการตัด

4. ลดความสูงในการตัดให้เหมาะสม ความสูงของการตัดไม่เพียงแต่กำหนดความหนาของพลาสมาคลาวด์โดยตรงระหว่างหัวฉีดและพื้นผิววัสดุโลหะเท่านั้น (ระยะทางที่สั้นลง เมฆพลาสม่าที่บางลงก็จะยิ่งบางลง) แต่ยังรวมถึงยิ่งเข้าใกล้หัวฉีดตัดมากเท่าใด แรงดันก๊าซตัดที่ปล่อยออกมาจาก ศูนย์หัวฉีดจะเป็น แรงดันตัดที่สูงขึ้นจะช่วยเร่งการกระจายของเมฆพลาสมาด้านล่างหัวฉีด และลดเกราะป้องกันของพลาสม่าคลาวด์ไปยังเลเซอร์ที่ตกกระทบ ดังนั้น เพื่อให้มั่นใจในความปลอดภัยของหัวตัด ยิ่งระยะติดตามผลใกล้เท่าไรก็ยิ่งดีเท่านั้น

5. ใช้หัวตัดที่เหมาะสม หัวฉีดที่เหมาะสมสามารถเร่งการกระจายของพลาสมาคลาวด์ของโลหะโดยการไหลของก๊าซที่เร็วขึ้นโดยไม่ต้องเพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางของหัวฉีด

6. เพิ่มอุปกรณ์เป่าด้านข้างและอุปกรณ์ระบายความร้อนหัวฉีดบนหัวตัด อุปกรณ์เป่าด้านข้างใช้เพื่อเป่าพลาสมาคลาวด์บางส่วนออกไป และลดความเข้มข้นของพลาสมาคลาวด์ที่อยู่ด้านล่างหัวฉีด อุปกรณ์ระบายความร้อนของหัวฉีดสามารถลดผลกระทบทางความร้อนของเมฆพลาสมาบนหัวฉีด และหลีกเลี่ยงไม่ให้ส่งผลกระทบต่อพารามิเตอร์ประสิทธิภาพของความจุของหัวฉีด

7. ใช้ตัวปรับความสูงแบบคาปาซิทีฟอัตราการสุ่มตัวอย่างสูง ตัวปรับความสูงแบบคาปาซิทีฟอัตราการสุ่มตัวอย่างสูงไม่เพียงรับประกันความแม่นยำในการติดตาม แต่ยังกำหนดการเปลี่ยนแปลงของพลาสมาคลาวด์ด้านล่างหัวฉีดด้วยการตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงของค่าความจุ เครื่องมือกลสามารถใช้มาตรการต่างๆ เช่น การลดความเร็ว การหยุดชั่วคราว การตัดแบบพัลส์ เป็นต้น เพื่อลดผลกระทบของพลาสมาคลาวด์ต่อการตัดโดยการตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงของพลาสมาคลาวด์

เกี่ยวกับ HGTECH: HGTECH เป็นผู้บุกเบิกและผู้นำด้านการประยุกต์ใช้เลเซอร์ในอุตสาหกรรมในประเทศจีน และเป็นผู้ให้บริการโซลูชั่นการประมวลผลด้วยเลเซอร์ระดับโลกที่ได้รับอนุญาต เราได้จัดเตรียมเครื่องจักรอัจฉริยะด้วยเลเซอร์ สายการผลิตการวัดและระบบอัตโนมัติ และการก่อสร้างโรงงานอัจฉริยะอย่างครอบคลุมเพื่อจัดหาโซลูชันโดยรวมสำหรับการผลิตอัจฉริยะ