Dificultats tècniques i solucions per al tall làser de plaques gruixudes

Amb el desenvolupament continu de la tecnologia de fabricació industrial, el tall per làser s'ha utilitzat àmpliament en el camp del processament de metalls a causa dels seus avantatges d'alta precisió, alta eficiència i processament sense -contacte. Tanmateix, la tecnologia de tall per làser s'enfronta a molts reptes a l'hora de tallar plaques més gruixudes. Aquest estudi té com a objectiu analitzar sistemàticament les dificultats tècniques que es troben en el procés de tall làser de plaques gruixudes i proposar les solucions corresponents per proporcionar orientació teòrica i referència tècnica per a la pràctica industrial.

La tecnologia de tall per làser ha experimentat un desenvolupament continu de baixa potència a alta potència i de placa prima a placa gruixuda. Actualment, el tall per làser s'ha utilitzat àmpliament en la fabricació d'automòbils, aeroespacial, construcció de vaixells i altres camps. Tanmateix, amb l'augment del gruix del material, els problemes de qualitat del tall, eficiència i cost són cada cop més importants, que cal estudiar i resoldre amb urgència en profunditat.

1.Les principals dificultats tècniques del tall làser de plaques gruixudes

El principal problema que s'enfronta en el procés de tall làser de plaques gruixudes és la disminució significativa de la qualitat del feix amb l'augment de la profunditat de tall. Com el làser en la penetració de materials més gruixuts es produirà moltes vegades quan la reflexió i la dispersió, el que resulta en una distribució desigual de la densitat d'energia, que al seu torn afecta la qualitat de tall. Els estudis han demostrat que quan el gruix de tall supera els 20 mm, les característiques d'enfocament del raig làser es deterioraran significativament, donant lloc a un tall ample a la part inferior dels defectes en forma de falca-estreta.

En segon lloc, no s'ha d'ignorar la-zona afectada per la calor generada en el procés de tall de plaques gruixudes. A causa de la mala conductivitat tèrmica de la placa gruixuda, l'energia làser s'acumula dins del material, donant lloc a l'expansió de la zona afectada per la calor-, que pot provocar canvis en la microestructura del material i un augment de l'estrès residual. Les dades experimentals mostren que quan es talla acer al carboni de 30 mm de gruix, l'amplada de la zona afectada per la calor-pot ser fins a 3-5 vegades la del tall de la placa fina, afectant greument les propietats mecàniques del material.

L'adhesió de l'escòria i l'augment de la rugositat de la superfície de tall és una altra dificultat tècnica important. En el procés de tall de plaques gruixudes, el metall fos és difícil que el gas auxiliar s'elimini completament i és fàcil formar una acumulació d'escòries a la part inferior del tall. Al mateix temps, a causa de l'entrada d'energia inestable, la superfície de tall sovint apareix amb ratlles i desnivells evidents. Les estadístiques mostren que quan el gruix de la placa supera els 25 mm, el valor Ra de rugositat de la superfície de tall pot arribar a 2-3 vegades el tall de la placa prima.

2.La solució a les dificultats tècniques del tall làser de plaques gruixudes

Per als problemes de qualitat del feix, l'optimització dels paràmetres làser és la solució més directa. Augmentant la potència del làser (normalment necessita més de 6 kW), ajustar la freqüència del pols i el cicle de treball, pot millorar la profunditat de penetració d'energia. Al mateix temps, l'ús del sistema d'enfocament dinàmic pot realitzar l'ajust automàtic de la posició del focus durant el procés de tall per mantenir la millor distribució de la densitat d'energia. Els experiments han demostrat que l'ús de làser de fibra de 12 kW amb tecnologia d'enfocament dinàmic pot tallar eficaçment una placa d'acer inoxidable de 40 mm de gruix.

En el control de la-zona afectada per la calor, el desenvolupament d'una nova tecnologia de capçals de tall és crucial. L'ús del capçal de tall oscil·lant o la tecnologia d'oscil·lació del feix pot dispersar l'entrada de calor i reduir el sobreescalfament localitzat. A més, un control precís dels gasos auxiliars (p. ex., utilitzant nitrogen a alta-pressió o mescles especials de gasos) pot refredar de manera efectiva la zona de tall. Els estudis han demostrat que la combinació de refrigeració per gas i estratègies de tall intermitent pot reduir la zona afectada per la calor-en més d'un 40% per als aliatges d'alumini de 30 mm de gruix.

Per solucionar el problema de l'escòria, la millora del sistema de gas auxiliar és clau. L'adopció d'un disseny de broquet de gas doble (gas d'alta pressió-interior per eliminar l'escòria i gas protector exterior per evitar l'oxidació) pot millorar significativament la qualitat del tall. Al mateix temps, la planificació optimitzada del recorregut de tall i la introducció de sistemes de monitorització-en temps real (p. ex., sensors visuals o monitorització acústica) poden detectar i fer front a l'acumulació d'escòries de manera oportuna. La pràctica demostra que aquestes mesures poden reduir la taxa de residus d'escòria del tall de plaques gruixudes en més d'un 60%.