Nguyên lý laser - Chương 8

KHOAN CẮT HÀN BẰNG TIA LASER8.1 Cắt vật liệu bằng laser Ưu điểm: - Cắt được nhiều loại vật liệu- Khe cắt hẹp do tiêu tụ tốt tia laser- Nguồn ảnh huởng nhiệt nhỏ của các bức xạ laser- Các tác động cơ học lên vật liệu nhỏ nhất - Khả năng thao tác chính xác làm chảy và bay hơi vật liệu CÁC LOẠI NGUỒN LASER 2.1 . Laser rắn 2.1.1 Đặc điểm của Laser rắn. Laser rắn là laser mà môi trường hoạt chất là chất rắn: đơn tinh thể hoặc chất vô định hình. Độ nghịch đảo...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nguyên lý laser - Chương 8Chương 8 KHOAN CẮT HÀN BẰNG TIA LASER8.1 Cắt vật liệu bằng laserƯu điểm:- Cắt được nhiều loại vật liệu- Khe cắt hẹp do tiêu tụ tốt tia laser- Nguồn ảnh huởng nhiệt nhỏ của các bức xạ laser- Các tác động cơ học lên vật liệu nhỏ nhất- Khả năng thao tác chính xác- Làm sạch hoá học vùng cắt- Có thể tự động hóa và năng suất lao động cao- Khả năng cắt biên dạng phức tạp cả theo 2÷ 3 chiều. 8.1.1 Cắt vật liệu kim loạiCắt bằng laser dựa trên tác động nhiệt của bức xạ, nguồn nhiệtđuợc dịch chuyển theo 2 hướng vuông góc nhờ hệ quang đặc biệtcho phép tiêu tụ vết với mật độ lớn tại điểm gia công cần thiết. Nếu tia lasser với bán kính a, dịch chuyển với vận tốckhông đổi U0 thì trường nhiệt độ phụ thuộc vào tỷ số thời gianbão hòa nhiệt với vật liệu bán giới hạn,.Khỉ u0a /k < 1 thì nguồn nhiệt đuợc coi là dịch chuyển chậm. Khiđó nhiệt độ tại tâm vết là cực đại và bài toán đuợc coi là nguồnnhiệt tĩnh T0: nhiệt độ ban đầu của vật liệu.+Khi U-0 =2cm/s với nguồn công suất 500W cắt tấm thép CT3ta có trường nhiệt như hình 8.1 y (mm). 7000C 9000C 13000C x (mm)2,4 1,6 1,2 0,8 0,4 2 0..+ Khi cắt tấm dày: người ta dùng luồng oxi thổi (phương pháplaser 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 tốtNhận xét: Cắt laser oxy: do sự sinh nhiệt của phản ứng oxy hoávà sự thoát nhiệt do khí nên nguồn nhiệt tương đương để giacông: P=P0 + P phản ứng =P laser.A + P phản ứng. = P laser.(1-R) + P phản ứng A: Hệ số hấp thụ R: Hệ số phản xạ phụ thuộc bước sóng, vật liệu và trạngthái bề mặtTrong đó:P phản ứng =Q.m Q: hệ số sinh nhiệt của phản ứng m=2y0γ duo : tốc độ phá hủy vật liệu do đốt với: 2y0: bề rộng vết cắt γ : tỷ trọng vật liệu d: chiều dày tấm cắtNăng lượng đó sẽ tiêu hao do các nguyên nhân sau: - Dùng để đốt nóng vật liệu gia công đến dưới nhiệt độ.chuyển pha:Q1 - Làm chảy lỏng vật liệu trong vùng nó tác dụng: Q2 - Đốt cháy vật liệu: Q3 - Mất mát do dòng khí làm nguội vật liệu và truyền nhiệt ramôi trường xung quanh: Q4Vậy quá trình cân bằng nhiệt: P = Q1 + Q2 + Q3 + Q4Nhận xét: - Nhìn chung hiệu suất của quá trình gia công phụ thuộcvào 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 cắtcao hơn 40%.Ví dụ: Cắt thép Cácbon hàm lượng thấp bằng laser CO2 liên tụccó thổi khí oxy phụ thuộc công suất laser và vật liệu cắt...8.1.2 Cắt vật liệu phi kimDùng 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(k uaVới vật liệu phi kim dễ dàng thỏa mãn điều kiện 0 >> 1 k.nhiệt độ tại điểm đốt cháy nóng nhất, 2 a ka + T0 T 2 π k u0 Ngưỡng mật độ dòng cần thiết để bắt đầu cắt vật liệu phikim ít phụ thuộc vào chiều dày tấm và ảnh hưởng tới độ cắt. ể cắt kim loại và phi kim người ta dùng laser YAG và CO2 liênĐtục. Để nâng cao hiệu quả cắt, người ta thổi vào vùng cắt và làmlạnh cục bộ vùng gia công .Với những vật liệu như nhựa phenol foocmandehyt, khi nóngchảy nó thành chất quánh rất khó tách khỏi vùng gia công nênphải tốn nhiệt hơn để đốt cháy nó thành hơi khi cắt bằng laserkhí.Nhận xét:. Cắt laser-khí các vật liệu phi kim cho phép nhận được các mép-cắt tinh sạch. Mặt khác tia laser vào mép tốt hơn, còn mặt kia cóthể có xỉ nóng chảy.- Khi cắt các chất hữu cơ có đặc điểm độ rộng vết cắt ở mặt saunhỏ hơn hình dạng của tia vào-Khi cắt nhựa, gốm thủy tinh.. có thể dày đến 20mm. Đặc biệt cóthể đến 50mm, khi đó độ rộng vết mặt sau không lớn hơn 1mm,- Khí cộng với xỉ sẽ cắt sâu vào vật liệu gia công- Khi cắt laser khí các vật liệu phi kim, người ta sử dụng 2 loạikhí tích cực và khí trơ. + Loại tích cực: sinh nhiệt trong quá trình đốt cháy, sẽ làm.cháy vật liệu nênlàm xấu mép cắt cả mặt trước và mặt sau. + Khí trơ: CO2, không khí, N2: làm tốt chất lượng mép cắt.- Khi công suất laser đủ lớn, người ta có thể cắt laser khí cả thủytinh và thủy tinh thạch anh. Khi đó chất lượng mép cắt cao hơncác phương ...