Как лазерная резка алюминия изменила правила изготовления металлов

Лазерная резка алюминия никогда не была легкой прогулкой, учитывая высокую теплопроводность и оптическую отражательную способность материала. Но во многих отношениях волоконный лазер изменил правила игры. Гетти Изображения

Волоконный лазер изменил правила лазерной резки не только благодаря своей скорости, но и длине волны. Длина волны луча CO2-лазера длиной 10,6 микрона имела успех на протяжении десятилетий с момента зарождения индустрии лазерной резки, но когда дело дошло до цветных металлов, оптическая отражательная способность подняла свою уродливую голову. Это сложная лазерная резка цветных металлов по-крупному. Резка меди и латуни с помощью CO2-лазера была (и остается) редкостью, хотя некоторым упорным мастерам это удалось.

Резка алюминия CO2-лазером, конечно, довольно распространена. Но длина волны CO2 в 10,6 микрон все еще не идеальна, поэтому процесс немного напоминает вдавливание маленького круглого колышка в большое квадратное отверстие. Это не невозможно; колышек по-прежнему проходит через отверстие, но его закрепление требует некоторых усилий.

Затем, в начале этого столетия, в бой вступил волоконный лазер с длиной волны 1 микрон. Наиболее распространенные металлы в производственных цехах поглощают больше и отражают меньше длины волны длиной 1 микрон, чем длина волны 10,6 микрона. Фактически, в области волоконного лазера алюминий режется очень хорошо, как и даже медь и латунь.

Итак, когда производитель достигает чистого разреза алюминия или другого цветного металла с помощью волоконного лазера, что именно происходит в самом пропиле? Чтобы ответить на этот вопрос, The FABRICATOR поговорил с Чарльзом Каристаном, доктором философии, техническим научным сотрудником и директором по глобальному рынку металлообработки и строительства, в офисе Air Liquide в Коншохокене, штат Пенсильвания. Каристан, давний эксперт в области лазерной резки, является автором «Руководства по лазерной резке для производства», изданного SME.

Как объяснил Каристан, рецепт резки цветных металлов имеет гораздо большее значение, чем длина волны луча. Другие компоненты включают плотность мощности, фокусировку луча, ширину луча, а также тип и скорость потока вспомогательного газа. Правильно смешайте все это, и вы получите потрясающую скорость резки и чистый рез волоконного лазера даже в ряде цветных металлов, которые когда-то считались слишком отражающими, чтобы их можно было резать лучом CO2-лазера.

Обратите внимание, что нижеследующее не охватывает конкретные параметры резки, которые для большинства режущих станков устанавливаются производителем оборудования. Некоторые производители используют заводские настройки, другие корректируют их в зависимости от требований применения. Далее описывается – в основных терминах «нефотонного журнала» – почему эти параметры работают именно так, как они работают.

Если кто-то говорит, что что-то в лазерной резке невозможно или непрактично, скорее всего, где-то производитель сделал это возможным и практичным. Например, Каристан вспоминает, как несколько лет назад посетил производителя, который вырезал медный сплав толщиной 0,125 дюйма с помощью CO2-лазера мощностью 2,5 кВт. «Производитель делал это годами», — сказал он. «Режущая головка двигалась медленно, и оператору приходилось останавливать цикл резки на полпути, чтобы дать ей остыть. Это было некрасиво, но вполне осуществимо».

Лазерная резка цветных металлов имеет историю встреч и преодоления препятствий. Как объяснил Каристан, первые пользователи CO2-лазера испытывали серьезные проблемы роста при резке отражающих материалов. Вначале они увидели влияние низких характеристик поглощения алюминия, приводящих к обратным отражениям.

«Таким образом, процесс лазерной резки не только стал менее эффективным, — сказал Каристан, — но им пришлось иметь дело с обратным отражением через оптические системы, возвращающимся обратно к полостям лазерных резонаторов, часто разрушая их. С тех пор я многому научился. Большинство машин, в том числе волоконных лазерных систем, имеют встроенную оптику и цифровое управление, которые смягчают или предотвращают обратное отражение».

Производители инструментов и штампов обращают внимание на прочность материала и его свойства на сдвиг. Инженеры и техники, разрабатывающие параметры лазерной резки, направляют свое внимание на другие аспекты, включая характеристики поглощения и отражения материала; температура плавления; вязкость расплавленного материала; теплопроводность; и состояние поверхности материала, включая пленки и покрытия.