در صنعت فلز پخت، کیفیت برش برای عملکرد محصول نهایی بسیار مهم است. در میان روش های مختلف برش، برش لیزری به دلیل دقت بالا، ماهیت غیر تماسی و انعطاف پذیری آن متمایز است.
با این حال، هنگام برش مواد فلزی متخلخل مانند نمد تیتانیوم یا نیکل، لیزرهای موج پیوسته سنتی مستعد گرمای ورودی بیش از حد هستند که منجر به ذوب شدن لبه ها، تشکیل لایه مجدد و حتی مسدود شدن منافذ می شود. این امر به شدت نفوذپذیری، فعالیت کاتالیزوری یا راندمان فیلتراسیون مواد را به خطر می اندازد.
این مقاله به فرآیندهای لیزری پیشرفته و فناوری هایی می پردازد که اساساً به این چالش می پردازند.
1. علت اصلی: چرا ذوب لبه رخ می دهد؟
درک علت کلید یافتن راه حل است. ماهیت ذوب لبه "گرم شدن بیش از حد" است.
اثر تجمع گرما: نمد فلزی از الیاف به هم پیوسته تشکیل شده است. اگرچه رسانایی حرارتی آن بهتر از نمد پلیمری است، ساختار متخلخل سه بعدی آن در مقایسه با ورق های فلزی جامد منجر به مسیرهای هدایت حرارتی ناپیوسته و ظرفیت گرمایی کمتری می شود. انرژی ورودی پیوسته از یک لیزر CW باعث میشود که گرما به سرعت در منطقه برش جمع شود-بیش از نقطه ذوب ماده-قبل از اینکه بتواند در مواد توده پخش شود.
خصوصیات مواد: تیتانیوم و نیکل هر دو فلزات واکنش پذیر هستند و تیتانیوم میل ترکیبی بالایی با اکسیژن و نیتروژن دارد. در دماهای بالا، لبه های بریده شده تحت اکسیداسیون و نیتریداسیون قرار می گیرند و لایه های ترکیبی سخت و شکننده را تشکیل می دهند. این امر با انجماد مجدد مواد مذاب همراه است که ساختار الیاف و تخلخل اصلی را از بین می برد.
2. راه حل: جهش فناوری از "مستمر" به "پالسی"
اصل اصلی کاهش کل گرمای ورودی و ارائه "زمان خنک کننده" کافی برای مواد است. این در درجه اول از طریق دو فناوری کلیدی به دست می آید:
◄1. اتخاذ لیزرهای فیبر پالس - راه حل اصلی
برخلاف لیزرهای موج پیوسته-، لیزرهای پالسی "پالس های لیزری" را در فرکانس های بسیار بالا و مدت زمان بسیار کوتاه ساطع می کنند (سطوح نانوثانیه، پیکوثانیه یا حتی فمتوثانیه). هر پالس یک نقطه کوچک از فرسایش یا تبخیر ایجاد می کند، در حالی که در فاصله بین پالس ها، ماده به اندازه کافی خنک می شود.
►2. بهینه سازی گاز کمکی - یک عنصر هم افزایی ضروری
گاز کمکی در برش لیزری نقش دوگانه ای دارد: بیرون ریختن مواد مذاب و شرکت در واکنش های شیمیایی. انتخاب گاز به ویژه برای مواد مستعد اکسیداسیون مانند نمد تیتانیوم و نیکل بسیار مهم است.
انتخاب ترجیحی: گازهای خنثی با خلوص بالا (مثلاً، آرگون، آرگون){0}
عملکرد: یک فضای محافظ ایجاد می کند و به طور موثر لبه برش را از اکسیژن و نیتروژن جدا می کند تا از واکنش های شیمیایی در دماهای بالا جلوگیری کند. همزمان، جریان گاز با سرعت بالا فوراً مواد تبخیر شده یا ذوب شده با حداقل میزان ذوب را از روی لبهها خارج میکند و از رسوب و انجماد مجدد آن بر روی لبههای فیبر جلوگیری میکند.
با احتیاط استفاده کنید: اکسیژن/هوای فشرده
در حالی که برش اکسیژن فولاد کربنی از طریق یک واکنش گرمازا سرعت را افزایش می دهد، برای تیتانیوم و نیکل، باعث اکسیداسیون شدید لبه برش می شود و یک لایه اکسید ضخیم و شکننده همراه با ذوب قابل توجه تشکیل می دهد و باید به شدت از آن اجتناب شود.
3. کنترل پارامترهای فرآیند کلیدی: دستیابی به "میکروسجراحی" دقیق
حتی با لیزر پالسی و گاز بی اثر، تنظیمات پارامتر آخرین مرحله تعیین کننده موفقیت است.
اوج قدرت و فرکانس پالس: اوج قدرت بالاتر تبخیر مؤثر مواد را تضمین میکند، در حالی که یک فرکانس پالس مناسب (الزاماً بیشتر بهتر نیست) باید با سرعت برش مطابقت داشته باشد تا زمان خنکسازی کافی برای هر پالس تضمین شود.
►سرعت برش: سرعت خیلی کم منجر به گرمای بیش از حد ورودی می شود. خیلی سریع ممکن است منجر به برش ناقص یا لبه های ناهموار شود. هدف استفاده از بالاترین سرعت ممکن در عین اطمینان از نفوذ کامل است.
◄موقعیت کانونی: فوکوس را روی سطح ماده یا کمی در داخل آن تراز کنید تا به کوچکترین قطر نقطه و بالاترین چگالی انرژی برای برش دقیق تر برسید.
◄ نرخ جریان نازل و گاز: قطر نازل مناسب را انتخاب کنید و از جریان کافی و پایدار{0} گاز بیاثر با خلوص بالا اطمینان حاصل کنید تا یک پرده محافظ مؤثر و قابلیت تخلیه کارآمد ایجاد شود.
