اصل اساسی برش لیزری برهمکنش بین لیزر و ماده است. این نه تنها فرآیندهای پیچیده میکروکوانتومی، بلکه پدیده های کلان ناشی از لیزر بر روی مواد مختلف دی الکتریک را شامل می شود. این پدیدههای ماکروسکوپی شامل جذب لیزر، انعکاس، شکست، تبدیل و انتقال انرژی، حالت ماده و ترکیب گاز اطراف، اثر بافت زمانی که پرتو نور بر روی سطح ماده اثر میگذارد، و غیره است.
بنابراین عوامل موثر بر کیفیت برش لیزر بسیار پیچیده است. علاوه بر خود مواد پردازش، آنها عمدتاً مشخصات پرتو، قدرت لیزر، سرعت برش، نوع نازل (دیافراگم) و ارتفاع نازل، موقعیت فوکوس، نوع و فشار گاز کمکی و غیره هستند.
عوامل موثر بر کیفیت برش
1. مشخصات پرتو: عرض بریدگی برش لیزر تا حد زیادی با حالت پرتو و قطر نقطه پس از فوکوس مرتبط است. از آنجایی که چگالی توان و چگالی انرژی تابش لیزر با قطر لکه لیزر مرتبط است، برای به دست آوردن چگالی توان و عینیت انرژی بزرگ، قطر لکه باید تا حد امکان در برش لیزری کوچک باشد.
2. قدرت لیزر: قدرت لیزر به طور مستقیم بر ضخامت صفحه فولادی قابل برش تأثیر می گذارد. هر چه انرژی بیشتر باشد، ضخامت ماده قابل برش بیشتر است. علاوه بر این، بر دقت ابعاد قطعه کار، عرض شکاف، ناهمواری سطح برش و عرض ناحیه تحت تأثیر حرارت نیز تأثیر می گذارد.
3. سرعت برش: سرعت برش تأثیر زیادی بر کیفیت برش صفحه فولاد ضد زنگ دارد. بهترین سرعت برش سطح برش را صاف و صاف بدون سرباره در قسمت پایین می کند.
اگر سرعت برش خیلی سریع باشد، صفحه فولادی بریده نمی شود و در نتیجه جرقه پاشیده می شود، در نیمه پایینی سرباره می افتد و حتی لنز می سوزد. اگر سرعت برش خیلی آهسته باشد، به راحتی می توان باعث ذوب بیش از حد مواد، گشاد شدن درز برش، افزایش ناحیه تحت تأثیر حرارت و حتی سوختن بیش از حد قطعه کار شود.
4. نازل: شکل نازل (دیافراگم)، ارتفاع نازل (فاصله بین خروجی نازل و سطح قطعه کار) و غیره بر اثر برش تأثیر می گذارد.
5. موقعیت فوکوس: موقعیت فوکوس مستقیماً بر عرض شکاف، شیب، زبری بخش برش و چسبندگی سرباره تأثیر می گذارد. موقعیتهای فوکوس مختلف منجر به قطر پرتوها و عمق تمرکز روی سطح قطعه کار میشود که شکل شیار پردازش را تغییر میدهد و بر جریان گاز پردازش و فلز مذاب در شیار پردازش تأثیر میگذارد.
6. گاز کمکی: گاز کمکی برای برش مواد مورد نیاز است که عمدتاً شامل نوع و فشار گاز است. نوع گاز، فشار، قطر نازل و هندسه بر زبری لبه و ایجاد سوراخ تاثیر می گذارد.
عوامل زیادی بر کیفیت پردازش لیزر تأثیر می گذارد. تسلط بر قانون تأثیر عوامل مختلف فرآیند بر کیفیت سطح پردازش دستگاه برش لیزری می تواند به یافتن راهی برای بهبود کیفیت سطح و بهبود کیفیت سطح کمک کند.
ارزیابی کیفیت برش لیزری عمدتاً شامل نکات زیر است:
1. سطح برش صاف، با خطوط کمی و بدون شکستگی شکننده است
هنگامی که لیزر صفحه را در دمای بالا برش می دهد، اثری از مواد مذاب در شکاف زیر پرتو لیزر عمودی ظاهر نمی شود، بلکه در پشت پرتو لیزر به بیرون پاشیده می شود. در نتیجه، خطوط منحنی در لبه برش تشکیل میشوند و خطوط از نزدیک پرتو لیزر متحرک را دنبال میکنند. به منظور اصلاح این مشکل، کاهش نرخ تغذیه در پایان فرآیند برش می تواند تا حد زیادی تشکیل خطوط را از بین ببرد.
2. عرض شکاف باریک (این عمدتا مربوط به قطر نقطه پرتو لیزر است که به کیفیت لوله لیزر بستگی دارد)
به طور کلی، عرض بریدگی بر کیفیت برش تأثیر نمی گذارد. تنها زمانی که یک کانتور دقیق در داخل قطعه تشکیل شود، عرض برش تأثیر مهمی دارد، زیرا عرض برش حداقل قطر داخلی کانتور را تعیین می کند. هنگامی که ضخامت صفحه افزایش می یابد، عرض برش نیز افزایش می یابد. بنابراین، برای اطمینان از همان دقت بالا، مهم نیست که عرض بریدگی چقدر بزرگ باشد، قطعه کار باید در منطقه پردازش دستگاه برش لیزر ثابت باشد.
3. عمود برش مفصل و منطقه تحت تاثیر حرارت کوچک
هنگامی که ضخامت مواد پردازش شده از 18 میلی متر تجاوز می کند، عمود بودن لبه برش بسیار مهم است. هنگامی که از فوکوس دور می شود، پرتو لیزر واگرا می شود و برش بر اساس موقعیت فوکوس به سمت بالا یا پایین گسترده تر می شود.
لبه برش چند درصد از خط عمودی منحرف می شود. هرچه لبه عمودی تر باشد، کیفیت برش بالاتر است.
4. اثر حرارتی مواد برش
به عنوان تجهیزات کاربردی پردازش برش حرارتی، ملزم به ایجاد تأثیر حرارتی بر روی مواد در فرآیند استفاده است که عمدتاً شامل سه جنبه است: الف. منطقه تحت تأثیر حرارت. ب فرورفتگی و خوردگی؛ ج تغییر شکل مواد.
منطقه تحت تأثیر حرارت به ناحیه ای اطلاق می شود که در امتداد شکاف در برش لیزری گرم می شود. در همان زمان، ساختار خود ماده تغییر می کند.
به عنوان مثال، برخی از مواد ممکن است سخت شوند. منطقه متاثر از گرما به تغییر منطقه ای ساختار داخلی به دلیل دمای بالا اشاره دارد. فرورفتگی و خوردگی اثر نامطلوبی بر سطح لبه برش دارد و ظاهر دستگاه برش لیزر را تحت تأثیر قرار می دهد. آنها در خطاهای برش ظاهر می شوند که به طور کلی باید از آنها اجتناب شود.
در نهایت اگر برش باعث گرم شدن شدید قطعه شود، تغییر شکل می دهد. این امر به ویژه در ماشینکاری ظریف اهمیت دارد زیرا خطوط و قطعات اتصال معمولاً فقط چند دهم میلی متر عرض دارند. کنترل توان لیزر و استفاده از پالس های لیزر کوتاه می تواند گرمایش اجزا را کاهش دهد و از تغییر شکل جلوگیری کند.
