Bài giảng Kỹ thuật Laser trong chế tạo cơ khí: Chương 8 - Khoan cắt hàn bằng tia laser

Bài giảng "Kỹ thuật Laser trong chế tạo cơ khí: Chương 8 - Khoan cắt hàn bằng tia laser" được biên soạn bao gồm các nội dung chính sau: Cắt vật liệu bằng laser; Khoan lỗ bằng laser; Hàn bằng laser; Hàn vật liệu phi kim. Mời các bạn cùng tham khảo bài giảng.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Kỹ thuật Laser trong chế tạo cơ khí: Chương 8 - Khoan cắt hàn bằng tia laserChương 8 KHOAN CẮT HÀN BẰNG TIA LASER8.1 Cắt vật liệu bằng laserƯu điểm:- Cắt được hầu hết các loại vật liệu- Khe cắt hẹp do khả năng tiêu tụ cao của tia laser- Nguồn ảnh huởng nhiệt nhỏ của các bức xạ laser- Các tác động cơ học lên vật liệu nhỏ nhất-- Làm sạch hoá học vùng cắt- Khả năng điều khiển chính xác cắt biên dạng phức tạp cảtheo 2÷3 chiều- Có thể tự động hóa và năng suất lao động cao. 8.1.1 Cắt vật liệu kim loại Laser dịch chuyển theo hướng vuông góc với bề mặt giacông: -Nếu tia lasser với bán kính a, dịch chuyển với vận tốckhông đổi U0 thì nhiệt độ phụ thuộc vào tỷ số thời gian bãohòa nhiệt với vật liệu bán giới hạn,. -Khỉ u0a /k < 1 thì nguồn nhiệt đuợc coi là dịch chuyểnchậm. Khi đó nhiệt độ tại tâm vết là cực đại và bài toánđuợc coi là nguồn nhiệt tĩnh q a U0 0 T0: nhiệt độ ban đầu của vật liệu Z.+Khi U0 =2cm/s với nguồn công suất 500W cắt tấm thépCT3 ta có trường nhiệt như hình 8.1 y (mm). 7000C 9000C 13000C2,4 2 1,6 1,2 0,8 0,4 0 x (mm) Khi cắt tấm mỏng có chiều dày là d.. Nhiệt độ+ Khi cắt tấm dày: người ta dùng luồng oxi thổi (phươngpháp laser và khí)..Xảy ra các quá trình sau:- Đốt cháy kim loại có sinh nhiệt do phản ứng cháy- Làm sạch và thổi các xỉ nóng chảy khỏi vùng cắt- Làm nguội vùng cắtĐiều đó cho phép:- Tăng tốc độ cắt- Tăng chiều sâu cắt- Nhận được mép cắt chất lượng tốt.Nhận xét: - Nhìn chung hiệu suất của quá trình gia công phụ.thuộc vào nhiều yếu tố và thường được xác định bằng thực nghiệm - So với không thổi oxy, khi cắt có thổi 1÷2 at tốc độ cắt cao hơn 40%. Ví dụ: Cắt thép Cácbon hàm lượng thấp bằng laser CO2liên tục có thổi khí oxy phụ thuộc công suất laser và vậtliệu cắt.8.1.2 Cắt vật liệu phi kim.Dùng laser cắt rất hiệu quả vật liệu phi kim nhỏ: chất dẻo, thủy tinh quang học, composit trên cơ sở bora và cacbon, gồm, caosu, gỗ, phíp.Các vật liệu này thường có độ truyền nhiệt độ nhiệt thấp(kVới vật liệu phi kim dễ dàng thỏa mãn điều kiện u a.,nhiệt độ tại điểm đốt cháy nóng nhất 0 >> 1 k 2 a ka T≈2 + T0 π k u0.-Để cắt kim loại và phi kim người ta dùng laser YAG vàCO2 liên tục.-Để nâng cao hiệu quả cắt, người ta thổi vào vùng cắtVới những vật liệu như nhựa phenol foocmandehyt, khi nóng chảynó thành chất quánh rất khó tách khỏi vùng gia công nên phải tốnnhiệt hơn để đốt cháy nó thành hơi khi cắt bằng laser khí.Nhận xét:.-Cắt laser-khí các vật liệu phi kim cho phép nhận được cácmép cắt tinh sạch. Mặt khác mép cắt ở phía vào tốt hơn ởmặt sau vì có thể có xỉ nóng cắtchảy.-Khi cắt nhựa, gốm thủy tinh.. có thể dày đến 20mm. Đặcbiệt có thể đến 50mm, khi đó độ rộng vết mặt sau khônglớn hơn 1mm,- Khi công suất laser đủ lớn, người ta có thể cắt laser khí cả.thủy tinh và thủy tinh thạch anh. Khi đó chất lượng mép cắt cao hơn các phương pháp khác,Ngưỡng mật độ dòng cần thiết để bắt đầu cắt vật liệu phikim ít phụ thuộc vào chiều dày tấm So là năng lượng cực tiểu mất mát khi phá hủy 1g vật liệuNhận xét: Khi cắt phi kim không thổi khí cần nhiệt nhiềuhơn. Ví dụ: khi cắt thủy tinh - Không thổi khí S0≈ 350 Kj/g - Có thổi khí S0≈ 31 Kj/gSong chất lượng cắt không thổi khí có mép cắt tốt hơn, ít bịchảy.8.2 Khoan lỗ bằng laserƯu điểm:- Không có tiếp xúc cơ giữa dụng cụ gia công và vật liệu,.không có mài mòn và cong gãy.- Đạt độ chính xác phân bố lỗ do dùng hệ quang để địnhvị tia laser, lỗ có hướng bất kỳ.- Đạt được tỉ số l/d lớn hơn nhiều so với phương phápkhoan khác. ...