Резка испарением
При нагреве лазерным лучом высокой плотности мощности скорость, с которой температура поверхности материала повышается до точки кипения, настолько велика, что этого достаточно, чтобы избежать плавления, вызванного теплопроводностью, поэтому часть материала испаряется в пар и исчезает, а часть материала сдувается со дна щели в виде выброса вспомогательным газовым потоком. Некоторые материалы, которые не могут быть расплавлены, такие как дерево, углеродные материалы и некоторые пластмассы, разрезаются и формуются этим методом резки испарением.
В процессе резки испарением пар уносит расплавленные частицы и смывает мусор, образуя отверстия. В процессе испарения около 40% материала превращается в пар и исчезает, а 60% материала уносится потоком воздуха в виде расплавленных капель.
Плавильная резка
Когда плотность мощности падающего лазерного луча превышает определенное значение, материал внутри точки облучения луча начинает испаряться и образовывать отверстие. Как только это небольшое отверстие образуется, оно поглотит всю энергию падающего луча как черное тело. Маленькое отверстие окружается стенкой расплавленного металла, а затем вспомогательный поток воздуха, соосный с лучом, уносит расплавленный материал вокруг отверстия. По мере перемещения заготовки небольшое отверстие синхронно перемещается в направлении резки, образуя щель. Лазерный луч продолжает излучать вдоль переднего края щели, а расплавленный материал непрерывно или пульсирующе сдувается из щели.
Окислительное плавление
Плавильная резка обычно использует инертный газ. Если его заменить кислородом или другими активными газами, материал воспламеняется под воздействием лазерного луча, и происходит бурная химическая реакция с кислородом, в результате которой образуется другой источник тепла, что называется окислительной плавильной резкой. Конкретное описание следующее:
⑴ Поверхность материала быстро нагревается до температуры возгорания под воздействием лазерного луча, а затем происходит бурная реакция горения с кислородом, выделяя большое количество тепла. Под действием этого тепла внутри материала образуются небольшие отверстия, заполненные паром, а сами отверстия окружены стенками из расплавленного металла.
⑵ Перенос горящего материала в шлак контролирует скорость горения кислорода и металла. В то же время скорость, с которой кислород диффундирует через шлак к фронту воспламенения, также оказывает большое влияние на скорость горения. Чем выше скорость потока кислорода, тем быстрее протекает химическая реакция горения и удаление шлака. Конечно, чем выше скорость потока кислорода, тем лучше, так как слишком высокая скорость потока приведет к быстрому охлаждению продукта реакции, а именно оксида металла, на выходе из щели, что также пагубно сказывается на качестве резки.
⑶ Очевидно, что в процессе резки окислительным плавлением есть два источника тепла, а именно энергия лазерного облучения и тепловая энергия, вырабатываемая химической реакцией кислорода и металла. Подсчитано, что при резке стали тепло, выделяемое реакцией окисления, составляет около 60% от общей энергии, необходимой для резки.
Очевидно, что по сравнению с инертным газом использование кислорода в качестве вспомогательного газа позволяет достичь более высокой скорости резки.
⑷ В процессе резки окислительным плавлением с двумя источниками тепла, если скорость горения кислорода выше скорости движения лазерного луча, щель выглядит широкой и шероховатой. Если скорость движения лазерного луча выше скорости горения кислорода, результирующая щель узкая и гладкая.
Контролируемый перелом
Для хрупких материалов, которые легко повреждаются под воздействием тепла, высокоскоростная и контролируемая резка с помощью нагрева лазерным лучом называется контролируемой резкой разрушения. Основное содержание этого процесса резки заключается в следующем: лазерный луч нагревает небольшую область хрупкого материала, вызывая большой температурный градиент и сильную механическую деформацию в этой области, что приводит к образованию трещин в материале. Пока градиент нагрева сбалансирован, лазерный луч может направлять трещину в любом желаемом направлении.
Следует отметить, что эта контролируемая резка с изломом не подходит для резки острых углов и угловых щелей. Также нелегко добиться успеха в резке очень больших закрытых форм. Быстро контролируйте скорость резки с изломом и не требуйте слишком высокой мощности, иначе это приведет к расплавлению поверхности заготовки и повреждению края щели. Его основными параметрами управления являются мощность лазера и размер пятна.
