Технические особенности резки материалов при помощи лазеров

Лазерный луч, по сравнению со световым, отличается рядом особенностей.  А именно он узко-направлен, монохроматичен и когерентен.

 Узко-направленность дает возможность лазеру сконцентрировать свою энергию на минимальном участке. Если сравнить его с прожектором, то направленность лазера в тысячи раз больше.

Монохроматичность это строго заданная длинна волны и соответственно частота ее излучения. Благодаря такому свойству лазерный луч гораздо удобнее концентрируется и проходит без рассеивания через систему линз.

Когерентность это совмещенность в лазере нескольких волновых процессов, которая усиливает свойства лазера благодаря возникающему резонансу.

В следствии этих перечисленных  особенностей лазерным лучом можно собирать большое количество энергии на  минимальной площади. Этого бывает достаточно для резки значительного числа материалов, в том числе и металлов.

Технические особенности резки металлов 

Процессы резки металла при помощи лазерного луча подчиняются определенным физическим свойствам. Это свойства металла поглощать или отражать энергию луча,  а также протекание этой энергии  в металле в зависимости от его качеств теплопроводности.

По мощности воздействия луча на металл при резке, можно выделить два вида.

1)  Когда лазерный луч прогревает поверхность металла до теплоты плавления, а затем при помощи теплопроводности расплавляет металл во всей толщине.

2)  Когда лазерный луч обладает большей энергией, чем только расплавить металл, но и доводит металл до кипения и испарения.

 На практике для создания эффекта испарения металла необходимо большой количество энергии. В связи с этим резка металла при помощи испарения применяется в основном для металлов небольшой толщины. А в большинстве случаев используется резка за счет расплавления.

 При резке плавлением необходимо удалять излишки, продукты оставшиеся от плавления. Для этого применяется продувание места резки струей газа. Газ выдувает излишки и отходы плавления. В качестве газов могут быть использованы: кислород; азот; другой инертный газ или же обычный атмосферный воздух.

Соответственно резка лазерным лучом с использованием газовой струи будет классифицироваться как газолазерная.

При использовании в качестве газа кислорода. Он дает следующие преимущества: уменьшает способность материала к отражению луча; увеличивает способность металла к окислительному процессу; дает возможность металлу воспламениться и гореть, создавая дополнительный разогрев; выдувает все лишние расплавленные частицы и продукты сгорания.

 В зависимости от материалов подвергающихся резке, происходят два различных процесса при продувании кислородной струей. Основное отличие это способность материалов к горению. Если у материала порог горения возникает при меньшей температуре чем плавление, то кислород помогает сжигать металл. Такой процесс возникает при резке титана или низкоуглеродистой стали. А у легированных сталей, алюминия, меди и др. порог горения значительно превышает температуру плавления. В случае их резки воспламенение не происходит, а газом удаляются продукты горения. Также происходит и при резке не металлов, оргстекла или других пластиков, как это делается в компании "Нео Лазерные технологии",  в этих случаях при помощи кислородного газа происходит удаление расплавленных частиц оргстекла.

 Основные типы устройства лазеров для резки

 В основном лазеры делятся на две большие группы: твердотельные и газовые.

Твердотельные лазеры это те, в которых активная часть изготавливается и твердого стрежня. Он может быть рубиновым, неодимовым и др. При помощи специальной мощной лампы накачки создаются яркие световые вспышки, возбуждающие атомы активного стержня. А с торца стержня луч много кратно отражается при помощи системы зеркал и выходит через них уже высокой мощности.

 Газовые лазеры это то, в которых в качестве активного элемента используется смесь газов. В качестве компонентов чаще выступает углекислый газ, азот, гелий. Газы закачиваются насосом в прозрачный продолговаты стержень. Затем между специально вставленными  в него электродами возникает электрический разряд возбуждающий атомы газа. По торцам также стоит система зеркал, при помощи которой луч  многократно отражаясь приобретает значительную мощность.