레이저 절단 및 가공 시스템

레이저 절단애플리케이션

빠른 축류 CO2 레이저는 주로 빔 품질이 좋기 때문에 금속 재료의 레이저 절단에 사용됩니다. CO2 레이저 빔에 대한 대부분의 금속 반사율은 상당히 높지만 실온에서 금속 표면의 반사율은 온도와 산화도가 증가함에 따라 증가합니다. 금속 표면이 손상되면 금속의 반사율은 1에 가까워집니다. 금속 레이저 절단의 경우 더 높은 평균 전력이 필요하며 고출력 CO2 레이저만이 이러한 조건을 갖습니다.

1. 강재 레이저 절단

1.1 CO2 연속 레이저 절단 CO2 연속 레이저 절단의 주요 공정 매개변수에는 레이저 출력, 보조 가스 유형 및 압력, 절단 속도, 초점 위치, 초점 깊이 및 노즐 높이가 포함됩니다.

(1) 레이저 파워 레이저 파워는 절단 두께, 절단 속도, 절개 폭에 큰 영향을 미칩니다. 다른 매개변수가 일정할 때 절단 속도는 절단 판 두께가 증가함에 따라 감소하고 레이저 출력이 증가함에 따라 증가합니다. 즉, 레이저 출력이 클수록 절단할 수 있는 판재의 두께가 두꺼워지고 절단 속도가 빨라지며 절개 폭이 약간 넓어집니다.

(2) 보조가스의 종류 및 압력 저탄소강 절단시 CO2를 보조가스로 사용하여 철-산소 연소반응열을 활용하여 절단을 촉진시킵니다. 절단 속도가 빠르고 절개 품질이 좋으며, 특히 끈끈한 슬래그가 없는 절개를 얻을 수 있습니다. 스테인레스 스틸을 절단할 때 CO2가 사용됩니다. 슬래그는 절개 부위 하부에 달라붙기 쉽습니다. CO2 + N2 혼합 가스 또는 이중층 가스 흐름이 종종 사용됩니다. 보조 가스의 압력은 절단 효과에 중요한 영향을 미칩니다. 가스압력을 적절하게 높이면 가스흐름의 모멘텀이 증가하고 슬래그 제거능력이 향상되어 끈적거리는 슬래그 없이 절단속도를 높일 수 있습니다. 그러나 압력이 너무 높으면 절단면이 거칠어집니다. 산소압이 절개면의 평균 거칠기에 미치는 영향은 아래 그림과 같습니다.

체압은 플레이트 두께에 따라 달라집니다. 1kW CO2 레이저로 저탄소강을 절단할 때 산소압과 판 두께의 관계는 아래 그림과 같습니다.

(3) 절삭 속도 절삭 속도는 절삭 품질에 큰 영향을 미칩니다. 특정 레이저 출력 조건에서는 저탄소강 절단 시 우수한 절단 속도에 상응하는 상한 및 하한 임계값이 있습니다. 절단 속도가 임계값보다 높거나 낮으면 슬래그 부착이 발생합니다. 절단 속도가 느리면 절단면에 산화 반응열이 작용하는 시간이 길어지고 절단 폭이 넓어지며 절단 표면이 거칠어집니다. 절단 속도가 증가함에 따라 상부 절개의 폭이 지점의 직경과 같아질 때까지 절개는 점차 좁아집니다. 이때 절개 부위는 약간 쐐기 모양으로 위쪽이 넓고 아래쪽이 좁습니다. 절단 속도가 계속 증가함에 따라 위쪽 절개의 폭은 계속해서 작아지지만 절개의 아래쪽 부분은 상대적으로 넓어져 역쐐기 모양이 됩니다.

(5)초점 심도

초점 심도는 절단 표면의 품질과 절단 속도에 일정한 영향을 미칩니다. 상대적으로 큰 철판을 절단할 때는 초점 깊이가 큰 빔을 사용해야 합니다. 얇은 판을 절단할 때는 초점 깊이가 작은 빔을 사용해야 합니다.

(6)노즐 높이

노즐 높이란 보조 가스 노즐의 끝면에서 작업물의 윗면까지의 거리를 나타냅니다. 노즐의 높이가 크고 배출되는 보조 공기 흐름의 운동량이 변동하기 쉽기 때문에 절단 품질과 속도에 영향을 미칩니다. 따라서 레이저 절단시 노즐 높이는 일반적으로 0.5~2.0mm로 최소화됩니다.

① 레이저 측면

에이. 레이저 출력을 높이세요. 보다 강력한 레이저를 개발하는 것은 절단 두께를 늘리는 직접적이고 효과적인 방법입니다.

비. 펄스 처리. 펄스 레이저는 피크 출력이 매우 높으며 두꺼운 강철판을 관통할 수 있습니다. 고주파, 좁은 펄스폭 펄스 레이저 절단 기술을 적용하면 레이저 출력을 높이지 않고도 두꺼운 철판을 절단할 수 있으며, 연속 레이저 절단보다 절개 크기가 작습니다.

기음. 새로운 레이저를 사용하세요

②광학계

에이. 적응형 광학 시스템. 기존 레이저 절단과의 차이점은 절단 표면 아래에 초점을 맞출 필요가 없다는 것입니다. 초점 위치가 강판의 두께 방향을 따라 몇 밀리미터 위아래로 변동하면 적응 광학 시스템의 초점 길이가 초점 위치의 이동에 따라 변경됩니다. 초점 거리의 위아래 변화는 레이저와 가공물 사이의 상대 운동과 일치하여 초점 위치가 가공물의 깊이에 따라 위아래로 변경됩니다. 외부 조건에 따라 초점 위치가 변경되는 이러한 절단 공정을 통해 고품질 절단이 가능합니다. 이 방법의 단점은 절단 깊이가 제한되어 일반적으로 30mm를 넘지 않는다는 것입니다.

비. 이중초점 절단 기술. 특수 렌즈를 사용하여 빔을 서로 다른 부분에 두 번 집중시킵니다. 그림 4.58에서와 같이 D는 렌즈 중앙부의 직경이고, 는 렌즈의 가장자리 부분의 직경이다. 렌즈 중앙의 곡률 반경이 주변 영역보다 커서 이중 초점을 형성합니다. 절단 과정에서 위쪽 초점은 공작물의 위쪽 표면에 위치하고 아래쪽 초점은 공작물의 아래쪽 표면 근처에 위치합니다. 이 특수 이중 초점 레이저 절단 기술에는 많은 장점이 있습니다. 연강 절단의 경우 재료의 발화에 필요한 조건을 충족하기 위해 금속 상부 표면에 고강도 레이저 빔을 유지할 수 있을 뿐만 아니라 금속 하부 표면 근처에도 고강도 레이저 빔을 유지할 수 있습니다. 점화 요구 사항을 충족합니다. 전체 재료 두께 범위에 걸쳐 깔끔한 절단을 생성해야 할 필요성. 이 기술은 고품질 절단을 얻기 위한 매개변수의 범위를 확장합니다. 예를 들어 3kW CO2를 사용합니다. 레이저의 경우 기존 절단 두께는 15~20mm에 불과한 반면, 이중 초점 절단 기술을 사용한 절단 두께는 30~40mm에 이릅니다.

③노즐 및 보조공기 흐름

공기 흐름 특성을 향상시키기 위해 노즐을 합리적으로 설계하십시오. 초음속 노즐의 내벽 직경은 먼저 수축한 다음 팽창하여 출구에서 초음속 기류를 생성할 수 있습니다. 충격파가 발생하지 않으면서 공기 공급 압력이 매우 높아질 수 있습니다. 레이저 절단에 초음속 노즐을 사용하면 절단 품질도 이상적입니다. 공작물 표면의 초음속 노즐의 절단 압력은 상대적으로 안정적이므로 두꺼운 강판의 레이저 절단에 특히 적합합니다.