Лазерная резка стали

Лазерная резка стали заключается в том, что раскалённый луч лазера большой мощности, попадая на поверхность стальной заготовки, мгновенно нагревает её до температуры, превышающей точку плавления. Подаваемая с нужным давлением в ту же точку струя определённого газа, выдувает оттуда получающийся расплав. Таким образом, происходит бесконтактный термический раскрой стальной заготовки, формируется ровный чистый рез, практически не требующий дополнительной обработки, при этом полностью отсутствует механическое воздействие на заготовку.

В заранее намеченных точках сфокусированный луч лазера нагревает сталь до её плавления и испарения. Направленный поток определённого газа полностью убирает с поверхности расплавленные частицы. Кроме того, газ остужает края реза, препятствуя расширению зоны нагрева и плавления. Таким образом, заготовка в зоне реза не деформируется больше положенного, а края реза сильно не оплавляются, оставаясь ровными и чистыми.
Для лазерной резки стали используются современные станки с числовым программным управлением (ЧПУ). Такие станки управляются не вручную, а автоматически, с помощью имеющегося в них программного обеспечения (ПО). В ПО станка закладывается проект для каждой конкретной работы. Проект закладывается по определённой форме, обязательно предусматривающей, что все элементы реза будут иметь замкнутые внешние и внутренние контуры.

Перед началом работы самого станка, необходимо разработать эскиз изделия и создать его виртуальную модель. Следующий этап, — изготовление тестовой детали и проверка всех её параметров. Если появится необходимость, производится уточнение и доработка технического задания для оператора станка. После этого проводится установка итогового проекта в ПО станка и изготавливается пробная партия изделий. После проверки всех необходимых параметров этих деталей, можно начинать серийное производство.
Рабочая головка лазерного станка с ЧПУ автоматически движется на оптимальном расстоянии над заготовкой по заданной траектории и выполняет резку необходимой формы и размера.
Станки для резки металлов производятся на основе лазеров разной конструкции. Различают два основных вида промышленных лазеров, в каждом из которых существует несколько различных типов.

• 1. Твердотельные лазеры. Они в настоящее время являются самым распространённым оборудованием для лазерной резки металлов. В таких лазерах его рабочее тело, которое служит источником потока фотонов это рубин, ниодимовое стекло или CgF2 (флюорит кальция). Твердотельные лазеры могут работать как в импульсном, так и в непрерывном режимах, и имеют максимальную мощность до 6 кВт. Особенность твердотельных промышленных лазеров в том, что они создают высокую мощность на очень малом пространстве и очень быстро, — за доли секунды. Рез получается исключительно ровным, не требующим ни какой подработки. Хороши для резки стали умеренной толщины.
  В последнее время всё большее применение в резке стальных деталей находит такой тип твердотельных промышленных лазеров как оптико-волоконный лазер. В нём активным телом является оптическое волокно, армированное различными редкоземельными элементами, такими как иттербий, неодим, эрбий, тулий, диспрозий и т.д. Волоконные промышленные лазеры отличаются высокой удельной мощностью и качеством луча. Они надёжны, долговечны, имеют компактные размеры, имеют простую конструкцию, а волокно хорошо рассеивает тепло, поэтому они не склонны к перегреву и допускают длительную, безостановочную работу. Кроме того они не нуждаются в использовании при работе газовой среды.
• 2. Газовые промышленные лазеры. У них как активная среда используется вещество, которое находится в газообразном состоянии. Это такие газы как азот, гелий, кислород. Через газ пропускается электрический импульс, который превращается в направленный, монохромный, высокотемпературный луч. Станки на основе таких газовых лазеров относят к оборудованию средней мощности, которая может достигать 20 кВт.

Разновидностью газовых являются газодинамические лазеры. Это самые мощные из имеющихся в промышленности лазерных резаков. Их мощность может достигать 100 киловатт и более. В них активным рабочим телом чаще всего является углекислый газ. Он движется сквозь сопло со скоростью превышающей скорость звука, что даёт возможность получать очень мощное когерентное излучение. Получается очень плотное излучение, а следовательно создаётся очень высокая температура в точке нагрева, что позволяет резко увеличить скорость лазерной резки стали. Газодинамические лазерные станки просты в изготовлении и надёжны в работе. Они лучше всего подходят для резки толстых стальных деталей.
Лазерная резка стали имеет множество преимуществ в сравнении с другими видами резки. Это простое и понятное управление процессом, высокая скорость резки, практически полное отсутствие отходов, большой разброс толщины растрируемого металла, — от 0,2 до 30 мм, чистые, гладкие края реза, точность реза не более 0,05 мм, отсутствие загибов и продавливания у деталей, возможность запрограммировать самые сложные конфигурации резки, минимальный уровень затрат при серийном производстве, абсолютная идентичность получаемых деталей и изделий и т.д.