Лазерная резка меди

В современном мире медь пользуется большим спросом в самых разных отраслях промышленного производства и в различных областях повседневной жизни человека. Медь мягкий металл, он легко деформируется, поэтому традиционные способы его раскройки, такие как ленточные пилы, фрезы, ножовочные полотна, очень часто приводят к значительным повреждениям, — короблению, заминам, сколам, заусенцам и т.д. Величина таких повреждений может быть столь велика, что делает невозможной дальнейшую работу с раскроенными деталями.

Лазерная резка меди это самый современный, наиболее эффективный и высокоточный способ обработки данного металла. Точечно сфокусированный луч промышленного лазера способен делать раскрой меди любой, самой сложной формы и любой, необходимой заказчику толщины. Современные лазерные станки-резаки с числовым программным управлением (ЧПУ) в состоянии обеспечить ровный и чистый рез медных деталей без механического соприкосновения с раскраиваемыми деталями, а следовательно, без малейшего коробления и деформации.
Однако медь, это металл, требующий особого подхода к своей резке. Медь предъявляет повышенные требования к оборудованию, к его настройке и к его технологическим параметрам. Сложность процесса объясняется следующими факторами:

• медь относится к металлам с высокой отражающей способностью. Она, как и все медно-никелевые сплавы, сильно отражает лазерное излучение, особенно в твёрдом состоянии. При длине лазерного излучения в пределах 1,0-1,2 мкм медь отражает до 95% инфракрасного спектра;
• вследствие низкого поглощения инфракрасного спектра, эффективность лазерной резки резко снижается;
• отражающая способность меди величина не постоянная. Она сильно зависит от температуры и состояния металла, — резко снижается при нагревании и также резко увеличивается при остывании. Так в расплавленном состоянии медь отражает всего около 70% инфракрасного излучения. Таким образом, в расплаве медь гораздо эффективнее поглощает инфракрасный спектр лазерного излучения, что сильно стабилизирует процесс её резки.

Поэтому, при лазерной резке меди, самая проблемная стадия это самое начало резки, когда луч прожигает поверхность заготовки и взаимодействует с поверхностным, отражающим слоем металла. После прожига поверхности, лазер контактирует уже с жидким медным расплавом, и процесс реза стабилизируется.
Все существующие станки для лазерной резки оснащаются в основном лазерами двух типов, — твердотельными (или, как их ещё называют, — оптоволоконными) и газовыми. Как отдельный тип может выделяться такая разновидность газовых лазеров как газодинамические лазеры.
У твердотельных лазеров рабочее тело представляют собой, в зависимости от модели, рубин, алюмоиттриевый гранат или неодим. Мощность твердотельных лазеров не превышает 6 кВт.
В газовых лазерах рабочим телом является газ. Чаще всего используется газ углекислый, поэтому такие конструкции принято называть, — СО2-лазеры. Их мощность выше твердотельных и достигает 20 Квт.

Газодинамические лазеры отличаются от газовых тем что в них струя газа разгоняется до сверхзвуковых скоростей порядка 1300-1500 км/ч. Они самые мощные из всех лазерных резаков. Их мощность может доходить до 100-150 кВт и они используются для резки особо толстых медных заготовок и труб.
Технические параметры, необходимые для высокоэффективной лазерной резки меди отличаются от параметров резки других металлов, среди них следует отметить такие важные как:

• скорость резки. Оптимальная скорость лазерной резки меди на 20-25% ниже, чем при резке стали и чёрных металлов. Так можно обеспечить достаточную стабильность процесса. Следует начинать с ещё более медленной скорости, и постепенно поднимая её, найти оптимум;
• правильная фокусировка луча. Следует добиться минимальной площади пятна лазерного луча на поверхности медной детали, сконцентрировать всю его энергию в максимально маленькой точке, чтобы прожиг поверхности был как можно более быстрым. Для этого источник луча должен быть как можно ближе к поверхности медной заготовки;
• мощность используемого оборудования. Мощность лазерного излучателя должна быть максимально возможной. Это необходимо опять-таки для возможно более быстрого прожига поверхности металла и перехода работы лазерного луча с медным расплавом;
• используемый в процессе лазерной резки газ. Для меди лучший выбор это кислород. Именно его подача под давлением в зону резки позволяет образовать в зоне реза оксидную пленку, которая резко снижает отражательную способность меди и тем самым стабилизирует процесс резки.