Du må mestre disse grunnleggende kunnskapene om laserskjæring!

Når den fokuserte laserstrålen skinner på arbeidsstykket, vil bestrålingsområdet raskt varmes opp for å smelte eller fordampe materialet. Når laserstrålen trenger inn i arbeidsstykket, begynner skjæreprosessen: laserstrålen beveger seg langs konturlinjen mens materialet smelter. Vanligvis brukes en luftstråle for å blåse det smeltede materialet bort fra snittet, og etterlater et smalt gap mellom skjæredelen og platerammen, som er nesten like bred som den fokuserte laserstrålen.
flammeskjæring
Flammeskjæring er en standardprosess som brukes til å kutte lavkarbonstål, ved å bruke oksygen som skjæregass. Oksygen settes under trykk opp til 6 bar og blåses inn i snittet. Der reagerer det oppvarmede metallet med oksygen: det begynner å brenne og oksidere. Kjemiske reaksjoner frigjør en stor mengde energi (opptil fem ganger laserenergien) for å hjelpe laserstrålen med å skjære.

Figur 1: Laserstrålesmeltende arbeidsstykke, skjærende gass som blåser bort det smeltede materialet og slagg i snittet
Smelte skjæring
Smelteskjæring er en annen standardprosess som brukes til å kutte metall. Den kan også brukes til å kutte andre smeltbare materialer, for eksempel keramikk.
Bruk nitrogen eller argongass som skjæregass, og blås en gass med et trykk på 2-20bar gjennom snittet. Argon og nitrogen er inerte gasser, noe som betyr at de ikke reagerer med det smeltede metallet i snittet og bare blåser dem bort mot bunnen. I mellomtiden kan inert gass beskytte skjærekanten mot luftoksidasjon.
Trykkluftskjæring
Trykkluft kan også brukes til å kutte tynne plater. Lufttrykk på 5-6 bar er tilstrekkelig til å blåse bort det smeltede metallet i snittet. På grunn av at nesten 80 % av luften er nitrogengass, er trykkluftskjæring i utgangspunktet et smeltende skjær.
Plasmaassistert skjæring
Hvis parametrene velges riktig, vil plasmaskyer vises i det plasmaassisterte smelteskjæringssnittet. Plasmaskyer er sammensatt av ionisert metalldamp og ionisert skjæregass. Plasmaskyen absorberer energien til CO2-laseren og konverterer den til arbeidsstykket, og kobler mer energi til arbeidsstykket, noe som resulterer i raskere materialsmelting og raskere skjærehastighet. Derfor kalles denne skjæreprosessen også høyhastighets plasmaskjæring.
Plasmaskyer er faktisk gjennomsiktige sammenlignet med solide lasere, så plasmaassistert smelting og skjæring kan bare bruke CO2-lasere.

Gassifiseringsskjæring
Gassifiseringsskjæring fordamper materialer og minimerer den termiske effekten på omkringliggende materialer så mye som mulig. Ovennevnte effekt kan oppnås ved å bruke kontinuerlig CO2-laserbehandling for å fordampe materialer med lav varme og høy absorpsjon, slik som tynn plastfilm, tre, papir, skum og andre ikke-smeltende materialer.
Ultrakort pulslaser gjør at denne teknologien kan brukes på andre materialer. Frie elektroner i metaller absorberer laser og varmes opp voldsomt. Laserpulsen reagerer ikke med smeltede partikler og plasma, og materialet sublimeres direkte uten tid til å overføre energi til det omkringliggende materialet i form av varme. Det er ingen signifikant termisk effekt, smelting eller graddannelse under picosecond-pulsablasjon av materialer.

Figur 3 Gassifiseringsskjæring: Laser forårsaker materialfordampning og forbrenning, og trykket i dampen fører til at slaggen slippes ut fra snittet
Parametere: Justering av bearbeidingsprosessen
Mange parametere påvirker laserskjæreprosessen, hvorav noen avhenger av den tekniske ytelsen til laseren og maskinverktøyet, mens andre er variable.
Polarisasjonsgrad
Polarisasjonsgraden indikerer hvor stor prosentandel av laseren som er konvertert. Den typiske polarisasjonsgraden er generelt rundt 90%. Dette er tilstrekkelig for skjæring av høy kvalitet.
Fokus diameter
Brennvidden påvirker snittets bredde, og kan endres ved å endre brennvidden til fokuslinsen. En mindre brennvidde betyr et smalere snitt.
Fokusposisjon
Fokusposisjonen bestemmer strålediameteren og effekttettheten på overflaten av arbeidsstykket, samt formen på snittet.

Figur 4 Fokusposisjon: inne i arbeidsstykket, på overflaten av arbeidsstykket og over arbeidsstykket
laserkraft
Laserkraften skal samsvare med behandlingstype, materialtype og tykkelse. Effekten må være høy nok til at effekttettheten på arbeidsstykket overstiger prosesseringsterskelen.

Figur 5: Høyere lasereffekt kan kutte tykkere materialer
Arbeidsmodus
Kontinuerlig modus brukes hovedsakelig til å kutte standard konturer av metall og plast i millimeter til centimeter størrelser. For å smelte perforeringer eller produsere presise konturer, brukes lavfrekvente pulserende lasere.
Kuttehastighet
Laserkraften og skjærehastigheten må samsvare med hverandre. For høy eller for lav skjærehastighet kan føre til økt ruhet og dannelse av grader.

Figur 6: Kuttehastigheten avtar med økende platetykkelse
Dysediameter
Dysens diameter bestemmer gassstrømningshastigheten og luftstrømformen som kastes ut fra dysen. Jo tykkere materialet er, desto større er diameteren på gassstrålen, og tilsvarende må også diameteren på dysemunningen øke.
Gassrenhet og trykk
Oksygen og nitrogen brukes ofte som skjærende gasser. Renheten og trykket til gassen påvirker kutteeffekten.
Ved bruk av oksygenflammeskjæring må gassrenheten nå 99,95 %. Jo tykkere stålplaten er, desto lavere gasstrykk brukes.
Ved bruk av nitrogen til smelting og skjæring må gassrenheten nå 99,995 % (ideelt sett 99,999 %), og høyere lufttrykk kreves for smelting og kutting av tykke stålplater.
Teknisk parametertabell
I de tidlige stadiene av laserskjæring måtte brukere bestemme innstillingen av prosessparametere gjennom prøvedrift. Nå lagres modne prosessparametere i kontrollenheten til skjæresystemet. For hver materialtype og tykkelse er det tilsvarende data. Den tekniske parametertabellen gjør at selv de som ikke er kjent med denne teknologien kan betjene laserskjæreutstyr jevnt.
Faktorer for å evaluere kvaliteten på laserskjæring
Det er mange standarder for å bedømme kvaliteten på laserskjærekanter. Standarder som grader, fordypninger og mønstre kan bestemmes med det blotte øye; Vertikalitet, ruhet og snittbredde må måles ved hjelp av spesialiserte instrumenter. Materialavsetning, korrosjon, varmepåvirkede områder og deformasjon er også viktige faktorer for å måle kvaliteten på laserskjæring.

Figur 7: God kutting, dårlig kutting. Standarder for evaluering av kvaliteten på kuttekanter
Brede utsikter
Den vedvarende suksessen med laserskjæring er utenfor rekkevidden av de fleste andre behandlingsmetoder. I fremtiden vil også bruksmuligheter for laserskjæring bli stadig bredere.