Tekniske vanskeligheder og løsninger til laserskæring af tykke plader

Med den kontinuerlige udvikling af industriel fremstillingsteknologi er laserskæring blevet brugt i vid udstrækning inden for metalbearbejdning på grund af dets fordele med høj præcision, høj effektivitet og berøringsfri behandling. Laserskæringsteknologien står dog over for mange udfordringer ved skæring af tykkere plader. Denne undersøgelse har til formål systematisk at analysere de tekniske vanskeligheder, der opstår i processen med laserskæring af tykke plader, og foreslå tilsvarende løsninger for at give teoretisk vejledning og teknisk reference til industriel praksis.

Laserskæringsteknologien har oplevet en kontinuerlig udvikling fra lav effekt til høj effekt og fra tynd plade til tyk plade. På nuværende tidspunkt har laserskæring været meget udbredt inden for bilfremstilling, rumfart, skibskonstruktion og andre områder. Men med stigningen i materialetykkelsen bliver problemerne med skærekvalitet, effektivitet og omkostninger mere og mere fremtrædende, hvilket presserende skal studeres og løses i dybden.

1.De vigtigste tekniske vanskeligheder ved laserskæring af tyk plade

Det primære problem i processen med laserskæring af tyk plade er det betydelige fald i strålekvaliteten med stigningen i skæredybden. Da laseren i indtrængning af tykkere materialer vil forekomme mange gange, når refleksion og spredning, hvilket resulterer i ujævn fordeling af energitæthed, hvilket igen påvirker skærekvaliteten. Undersøgelser har vist, at når skæretykkelsen overstiger 20 mm, vil laserstrålens fokuseringsegenskaber forringes betydeligt, hvilket resulterer i et bredt snit i bunden af ​​de smalle kileformede defekter.

For det andet bør den varme-berørte zone, der genereres i den tykke pladeskæring, ikke ignoreres. På grund af den dårlige varmeledningsevne af den tykke plade akkumuleres laserenergien inde i materialet, hvilket resulterer i udvidelsen af ​​den varme-påvirkede zone, hvilket kan udløse ændringer i materialets mikrostruktur og en stigning i resterende spænding. Eksperimentelle data viser, at når man skærer 30 mm tykt kulstofstål, kan bredden af ​​den varme-berørte zone være op til 3-5 gange bredden af ​​tyndpladeskæringen, hvilket i alvorlig grad påvirker materialets mekaniske egenskaber.

Slagvedhæftning og øget skæreoverfladeruhed er en anden vigtig teknisk vanskelighed. I den tykke pladeskæring er det svært at blæse det smeltede metal helt væk af hjælpegassen, og det er nemt at danne en slaggeophobning i bunden af ​​snittet. Samtidig fremstår skærefladen på grund af den ustabile energitilførsel ofte tydelige striber og ujævnheder. Statistik viser, at når pladetykkelsen overstiger 25 mm, kan skærefladens ruhed Ra-værdi nå 2-3 gange af tyndpladeskæringen.

2. Løsningen på de tekniske vanskeligheder ved laserskæring af tyk plade

For strålekvalitetsproblemer er optimering af laserparametre den mest direkte løsning. Ved at øge lasereffekten (bruger normalt mere end 6kW), justere pulsfrekvensen og arbejdscyklussen, kan forbedre energigennemtrængningsdybden. Samtidig kan brugen af ​​dynamisk fokuseringssystem realisere den automatiske justering af fokuspositionen under skæreprocessen for at opretholde den bedste energitæthedsfordeling. Eksperimenter har vist, at brugen af ​​12kW fiberlaser med dynamisk fokuseringsteknologi effektivt kan skære 40 mm tyk rustfri stålplade.

I styringen af ​​den varme-berørte zone er udviklingen af ​​ny skærehovedteknologi afgørende. Brugen af ​​oscillerende skærehoved eller stråleoscillationsteknologi kan sprede varmetilførslen og reducere lokal overophedning. Derudover kan præcis styring af hjælpegasser (f.eks. ved hjælp af-højtryksnitrogen eller specielle gasblandinger) effektivt afkøle skærezonen. Undersøgelser har vist, at en kombination af gaskøling og intermitterende skærestrategier kan reducere den varme-berørte zone med mere end 40 % for 30 mm tykke aluminiumslegeringer.

For at løse slaggeproblemet er forbedring af hjælpegassystemet nøglen. Ved at anvende et dobbelt gasdysedesign (indre høj-gas for at fjerne slagge og ydre beskyttelsesgas for at forhindre oxidation) kan skærekvaliteten forbedres markant. Samtidig kan optimeret skærestiplanlægning og introduktionen af-realtidsovervågningssystemer (f.eks. visuelle sensorer eller akustisk overvågning) registrere og håndtere slaggeopbygning i tide. Praksis viser, at disse foranstaltninger kan reducere slaggerestraten ved tykpladeskæring med mere end 60%.