سرعت دستگاه برش لیزری و دیگر اطلاعات برش با لیزر

سرعت دستگاه برش لیزری : برش با لیزر ، هدف بخار کردن ماده با سرعت هر چه بیشتر و ایجاد منطقه بسیار کوچک گرمدهی به منظور ایجاد حداقل تغییر شکل در قطعه ی کار مورد نظر است .

مانند جوشکاری با دستگاه لیزر ، بیشتر لیزر های صنعتی که به این منظور به کار برده می شوند از یک جریان گاز محوری با باریکه لیزر استفاده می کنند .

اما در برش فلزات گاز اکسیژن معمولا به کار گرفته می شود .

این عمل به طور زیادی سرعت دستگاه برش لیزری را افزایش می دهد چرا که گرمای ایجاد شده توسط واکنش به گرمای پرتو لیزری اضافه می شود .

در شرایط مناسب و دلخواه سرعت به حدود ۵ برابر و یا بیشتر افزایش می یابد .

به علاوه ، افزودن گاز کمک می کند تا مواد مذاب نیز از محل برش شوند .

اما ، در بعضی مواقع به کار بردن گاز ممکن است مطلوب نباشد ، چرا که اکسید شدن لبه های برش داده شده دارد ، در صورتی که بخواهیم مجددا ان ها را جوش دهیم ایجاد مزاحمت نماید .

وقتی غیر فلزات ( برای مثال : سرامیک ها ، پلاستیک ها و چوب ) برش داده می شوند . بهتر است از به کار بردن اکسیژن پرهیز شود و به جای آن از گاز های بی اثر استفاده شود .

در این حالت ، باریکه لیزر باید تمام انرژی گرمایی مورد نیاز برای برش را تامین کند .

می توانیم به اسانی سرعت برش با لیزر را با استفاده از نتایج قبلی و به خصوص معادله  تخمین بزنیم ، گرچه در این معادله اثر افزایش میزان برش به دلیل افزودن اکسیژن منظور نشده است .

سرعت عقب نشینی سطح را Vs  فرض کنید . اگر قطر پرتو متمرکز شده لیزر d باشد و لیزر با سرعت Vd ، حرکت کند ، لذا پرتو لیزر مسافتی برابر قطرش را در زمان d/Vb خواهد کرد .

در این مدت زمان مواد به عمق dVs/Vb از ماده کنده و جا به جا خواهند شد .اگر لازم باشد عمق z ایجاد شود ، خواهیم داشت : Vb =dVs/Z

در جدول زیر نمونه سرعت های برش را که برای مواد مختلف به دست امده است و یک لیزر CO2 با توان ۱۲۰۰W را که جهت برش یک صفحه استیل به ضخامت ۶mm  به کار می رود نشان می دهد .

علاوه بر سرعت برش عواملی از قبیل پهنای ماده جا به جا شده)  kerf (و پهنای ناحیه اطراف محل برش که تحت تاثیر گرما قرار گرفته است (HAZ)نیز اهمیت دارد .

پهنای kerf  تقریبا برابر است با قطر پرتو متمرکز شده است و بنابراین معمولا با مقایسه با روش های معمول نسبتا باریک است .

به طور متقابلا پهنای HAZ نیز باریک است .

برای مثال  ، لیزر CO2  با توان تا ۱Kw  ، ایجاد  herf  حدود  ۰٫۰۲mm  می نماید .

این خصوص دستگاه برش لیزری وقتی فلز تیتانیوم برش داده می شود مفید است .

تنها روش های دیگری که برای برش این فلز به کار می رود (برش با جرقه پلاسما و یا اکسید استیلن ) ایجاد kerf  بزرگ و HAZ پهن می نماید .

از انجایی که HAZ باید قبل از استفاده دور ریخته شود لذا برش با لیزر دارای بازدهی بیشتر از نظر مواد مصرفی و کاهش قیمت جهت برش مجدد می باشد .

ضخامت (mm) سرعت برش (mm/s) توان (Kw)
آلومینیوم ۱٫۳ ۹۷ ۲
آلومینیوم ۱۳ ۱۴ ۳
استیل ۴۱۰ ۶٫۴ ۲۵ ۱٫۲
استیل ۴۱۰ ۰٫۳ ۳۸ ۰٫۲
استیل کربنی ۲٫۳ ۹ ۰٫۲
آلیاژ تیتانیوم ۶٫۴ ۴۷ ۰٫۲۵
اینوار ۰٫۷۶ ۶۹ ۲
شیشه ۳٫۲ ۷۶ ۵
سرامیک ۶٫۴ ۸ ۰٫۸۵
چوب ۶٫۴ ۹۰ ۰٫۸۵
تخته ۴٫۸ ۷۶ ۰٫۸۵
پلی اتیلن ۰٫۵ ۱۵۲ ۰٫۳۸

 

بیشترمواد به اسانی با استفاده از لیزر CO2  بریده می شوند به استثناء موادی از قبیل برنج ، مس و آلومینیوم که دارای درصد بازتاب زیادی در طول موج ۱۰٫۶ میکرون و ضریب هدایت حرارتی بالا می باشند .

در این مواد اصولا گرمای کمی جذب ماده می شود و گرما سریعا به نقاط دورتر ماده هدایت می شود .

لذارساندن دمای ماده به دمای ذوب بسیار مشکل است .

مگر اینکه لیزر با توان بسیار بالا و با سرعت حرکت بسیار کم به کار برده شود .

اما از آنجایی که میزان بازتاب طول موج ۱٫۰۶ میکرون مربوط به لیزر Nd:YAG بسیار کمتر است ، معمولا از ان به جای لیزر CO2  استفاده می شود .