Разновидности лазерной резки

Лазерная резка технологически довольно проста. Суть этого вида лазерной обработки листового материала в том, что лазерным лучом разрушается поверхность материала; струей сжатого газа разрушенный материал выдувается из зоны резания. Результатом становится получение линии реза и разделение заготовки.

Для различных материалов требуется применять различные степени интенсивности излучения в зоне резания, давление и состав режущего газа. Поэтому существует несколько видов лазерной резки.

К характерным особенностям этого процесса можно отнести следующее. Ширина реза зависит от диаметра сфокусированного луча и от скорости реза. Диаметр сфокусированного луча, при этом, меньше, чем диаметр кислородной струи (обычно 1 – 2 мм). С уменьшение толщины листа и увеличением скорости обработки рез сужается. Минимальные значения ширины реза – немногим меньше 100 мкм. Давление в струе кислорода зависит от толщины металла обратно, чем меньше толщина листа, тем давление больше. При резке тонкого листа давление составляет 3-4 атмосферы, при резке листа толщиной более 25 мм – около 0,3 мм. Зазор между срезом сопла, который формирует струю также зависит от толщины листа материала – от 0,5 мм (тонкий лист) до 3 мм (лист толщиной 25-30 мм). 30 мм является максимальной толщиной разрезаемого стального листа (при мощности лазера 6 кВт). При такой толщине материала скорость резания минимальна и составляет около 0,5 м/мин. При дальнейшем снижении скорости резки стремительно падает качество.

Для резания листов стали с большой толщиной целесообразно применять технологию, получившую в последнее время широкое распространение. При этой технологии лазерный луч всего лишь нагревает поверхность (до температуры около 1000 градусов), после чего на эту поверхность подается сверхзвуковая струя кислорода. Этот метод позволяет значительно увеличить глубину реза по сравнения с обычной лазерно-кислородной резкой.

Для формирования сверхзвуковой струи требуется высокое давление кислорода (не менее 6 – 10 атм.). Ширина реза равна диаметру кислородной струи. Это составляет, как правило, 3 мм и более. Срез сопла должен быть отдален от поверхности на 7 мм. Существенно снижается и скорость реза – до 0,2 м/мин. В таком параметре как скорость эта технология существенно отстает от лазерно-кислородной резки. Однако при мощности лазера 6 кВт можно достичь толщины разрезаемого металла, равной 100 мм.

Эта технология лазерного резания целесообразна в том случае, когда окисление кромок металла становится крайне нежелательным. Такова ситуация при резке нержавеющей стали, титана, алюминиевых сплавов. При таком методе лазерной резки отсутствует дополнительный источник нагрева, что существенно снижает эффективность резки.

В инертном газе (обычно используется азот, при резке титана – аргон) скорость резки относительно низка. Требуются большие значения давления режущего газа – от 10 атм. Ширина разрезаемого листа влияет на диаметр сопла. В свою очередь, это существенно влияет на расход режущего газа, что сильно увеличивает стоимость резки.

Применяется для ровного разделения хрупких материалов, таких, например, как стекло. Лазерным лучом производится неравномерное нагревание материала, который затем охлаждается струей инертного газа. Это приводит к формированию трещины. Направление распространения трещины поддается управлению (так как источник нагрева перемещается по поверхности стекла). В итоге получается достаточно гладкая грань раздела.

Этот вид лазерной резки применяется преимущественно в микротехнологии, в тех случаях, когда требуется минимальное термическое воздействие на материал подложки. Реализуется это только на очень больших интенсивностях лазерного излучения (режим очень коротких лазерных импульсов – наносекундная и пикосекундная длительность). Длина волны излучения таких лазеров обычно меньше 1 мкм – такие показатели имеют твердотельные и эксимерные лазеры, а также лазеры на парах металлов. Процесс характеризуется минимальным КПД.