Corte a laseraplicativo
Os lasers de CO2 de fluxo axial rápido são usados principalmente para o corte a laser de materiais metálicos, sobretudo devido à sua boa qualidade de feixe. Embora a refletividade da maioria dos metais aos feixes de laser de CO2 seja bastante alta, a refletividade da superfície metálica à temperatura ambiente aumenta com o aumento da temperatura e do grau de oxidação. Uma vez que a superfície do metal esteja danificada, a refletividade do metal se aproxima de 1. Para o corte a laser de metais, é necessária uma potência média mais alta, e somente lasers de CO2 de alta potência possuem essa condição.
1. Corte a laser de materiais de aço
1.1 Corte contínuo a laser de CO2 Os principais parâmetros do processo de corte contínuo a laser de CO2 incluem potência do laser, tipo e pressão do gás auxiliar, velocidade de corte, posição focal, profundidade focal e altura do bocal.
(1) Potência do laser A potência do laser tem grande influência na espessura de corte, na velocidade de corte e na largura da incisão. Quando outros parâmetros são constantes, a velocidade de corte diminui com o aumento da espessura da chapa a ser cortada e aumenta com o aumento da potência do laser. Em outras palavras, quanto maior a potência do laser, mais espessa a chapa que pode ser cortada, maior a velocidade de corte e ligeiramente maior a largura da incisão.
(2) Tipo e pressão do gás auxiliar. No corte de aço de baixo carbono, o CO2 é utilizado como gás auxiliar para aproveitar o calor da reação de combustão ferro-oxigênio e promover o processo de corte. A velocidade de corte é alta e a qualidade da incisão é boa, especialmente a obtenção de incisões sem escória aderente. No corte de aço inoxidável, utiliza-se apenas CO2. A escória tende a aderir à parte inferior da incisão. Nesses casos, costuma-se utilizar uma mistura de CO2 + N2 ou um fluxo de gás em dupla camada. A pressão do gás auxiliar tem um efeito significativo no resultado do corte. O aumento adequado da pressão do gás pode aumentar a velocidade de corte sem escória aderente, devido ao aumento do momento do fluxo de gás e à melhoria da capacidade de remoção da escória. No entanto, se a pressão for muito alta, a superfície de corte torna-se áspera. O efeito da pressão do oxigênio na rugosidade média da superfície de corte é mostrado na figura abaixo.
A pressão no corpo da chapa também depende da espessura da mesma. Ao cortar aço de baixo carbono com um laser de CO2 de 1 kW, a relação entre a pressão do oxigênio e a espessura da chapa é mostrada na figura abaixo.
(3) Velocidade de corte A velocidade de corte tem um impacto significativo na qualidade do corte. Sob certas condições de potência do laser, existem valores críticos superiores e inferiores correspondentes para uma boa velocidade de corte ao cortar aço de baixo carbono. Se a velocidade de corte for maior ou menor que o valor crítico, ocorrerá aderência de escória. Quando a velocidade de corte é baixa, o tempo de ação do calor da reação de oxidação na aresta de corte é prolongado, a largura do corte aumenta e a superfície de corte torna-se áspera. À medida que a velocidade de corte aumenta, a incisão torna-se gradualmente mais estreita até que a largura da incisão superior seja equivalente ao diâmetro do ponto. Nesse momento, a incisão tem uma forma ligeiramente de cunha, larga na parte superior e estreita na parte inferior. À medida que a velocidade de corte continua a aumentar, a largura da incisão superior continua a diminuir, mas a parte inferior da incisão torna-se relativamente mais larga e adquire uma forma de cunha invertida.
(5)Profundidade de foco
A profundidade de foco tem um certo impacto na qualidade da superfície de corte e na velocidade de corte. Ao cortar chapas de aço relativamente grandes, deve-se usar um feixe com grande profundidade de foco; ao cortar chapas finas, deve-se usar um feixe com pequena profundidade de foco.
(6)Altura do bocal
A altura do bocal refere-se à distância entre a extremidade do bocal de gás auxiliar e a superfície superior da peça de trabalho. Quanto maior a altura do bocal, maior a instabilidade do fluxo de ar auxiliar ejetado, o que afeta a qualidade e a velocidade de corte. Portanto, no corte a laser, a altura do bocal geralmente é minimizada, normalmente entre 0,5 e 2,0 mm.
① Aspectos do laser
a. Aumentar a potência do laser. Desenvolver lasers mais potentes é uma maneira direta e eficaz de aumentar a espessura de corte.
b. Processamento por pulsos. Os lasers pulsados possuem potência de pico muito alta e podem penetrar chapas de aço espessas. A aplicação da tecnologia de corte a laser pulsado de alta frequência e largura de pulso estreita permite cortar chapas de aço espessas sem aumentar a potência do laser, e o tamanho da incisão é menor do que o do corte a laser contínuo.
c. Usar novos lasers.
② Sistema óptico
a. Sistema óptico adaptativo. A diferença em relação ao corte a laser tradicional é que não é necessário posicionar o foco abaixo da superfície de corte. Quando a posição do foco flutua alguns milímetros para cima e para baixo ao longo da espessura da chapa de aço, a distância focal no sistema óptico adaptativo se altera com essa mudança. As variações na distância focal coincidem com o movimento relativo entre o laser e a peça de trabalho, fazendo com que a posição do foco varie ao longo da profundidade da peça. Esse processo de corte, no qual a posição do foco se altera com as condições externas, permite a produção de cortes de alta qualidade. A desvantagem desse método é a limitação da profundidade de corte, geralmente não superior a 30 mm.
b. Tecnologia de corte bifocal. Uma lente especial é usada para focalizar o feixe duas vezes em diferentes partes. Como mostrado na Figura 4.58, D é o diâmetro da parte central da lente e é o diâmetro da parte periférica da lente. O raio de curvatura no centro da lente é maior que o da área circundante, formando um foco duplo. Durante o processo de corte, o foco superior está localizado na superfície superior da peça de trabalho e o foco inferior está localizado próximo à superfície inferior da peça de trabalho. Essa tecnologia especial de corte a laser com foco duplo apresenta muitas vantagens. Para o corte de aço macio, ela pode não apenas manter um feixe de laser de alta intensidade na superfície superior do metal para atender às condições necessárias para a ignição do material, mas também manter um feixe de laser de alta intensidade próximo à superfície inferior do metal para atender aos requisitos de ignição. Isso permite produzir cortes limpos em toda a faixa de espessuras do material. Essa tecnologia amplia a gama de parâmetros para a obtenção de cortes de alta qualidade. Por exemplo, usando um laser de CO2 de 3 kW. Com o laser convencional, a espessura de corte só pode atingir 15 a 20 mm, enquanto que com a tecnologia de corte de foco duplo, a espessura de corte pode chegar a 30 a 40 mm.
③Bocal e fluxo de ar auxiliar
O design do bocal deve ser otimizado para melhorar as características do campo de fluxo de ar. O diâmetro da parede interna do bocal supersônico primeiro se contrai e depois se expande, gerando um fluxo de ar supersônico na saída. A pressão de ar fornecida pode ser muito alta sem gerar ondas de choque. Ao utilizar um bocal supersônico para corte a laser, a qualidade do corte também é ideal. Como a pressão de corte do bocal supersônico na superfície da peça é relativamente estável, ele é especialmente adequado para o corte a laser de chapas de aço espessas.
Data da publicação: 18/07/2024
