Titanyum Alaşımları için Lazer Kesim İşlemlerinin Analizi - Blog

Lazer kesim, 1970'lerde endüstriyel üretimdeki ilk uygulamasından bu yana, modern malzeme işlemede en önemli termal kesme teknolojilerinden biri haline geldi. Uygulamaları geniş bir malzeme yelpazesini kapsar:titanyum alaşımlarıplastik, cam, seramik, yarı iletkenler, tekstil, ahşap ve kağıt gibi pek çok endüstride yer almakta olup otomotiv, havacılık, elektronik, hafif sanayi gibi pek çok endüstride yeri doldurulamaz bir rol oynamaktadır.

I. Temel Süreç Prensipleri

Lazer kesimin temel işlemi şu şekildedir: Yüksek-güç-yoğunluğuna odaklanmış bir lazer ışını, iş parçasının yüzeyine yönlendirilir. Işınlanmış alandaki malzeme ışık enerjisini hızla emer ve termal enerjiye dönüştürür, bu da sıcaklığın erime noktasına ve hatta kaynama noktasına kadar keskin bir şekilde yükselmesine neden olur, bu da malzemenin lokal olarak erimesine veya buharlaşmasına neden olur. Lazer ışını iş parçasına girdiğinde, kesme işlemi ciddi bir şekilde başlar-ışın önceden belirlenmiş bir kontur boyunca hareket eder ve ayrılacak yol boyunca malzemeyi sürekli olarak eritir. Aynı zamanda, erimiş malzemeyi derhal çıkarmak için belirli bir basınçta bir yardımcı gaz (tipik olarak basınçlı hava veya özel bir işlem gazı) kesime üflenir, kesilen parça ile temel malzeme arasında, odaklanmış lazer noktasının çapına yaklaşık olarak eşit genişliğe sahip dar bir boşluk oluşturulur, böylece hassas ayırma sağlanır.

II. Başlıca Proses Kategorileri ve Teknik Özellikler

Yardımcı gazın türüne ve malzeme çıkarma mekanizmasına bağlı olarak lazerle kesme, aşağıdaki standart işlem modlarına göre sınıflandırılabilir. (1) Alevle Kesme Alevle kesme, düşük- karbonlu çeliğin işlenmesi için standart işlemdir. Bu işlemde yardımcı gaz olarak oksijen kullanılır ve basınç 6 bar'a kadar ulaşır. Temel mekanizması şu şekildedir: Lazer ışını metali tutuşma noktasına kadar ısıttıktan sonra, oksijen yüksek- sıcaklıktaki metalle oksidasyon (yani yanma) yoluyla şiddetli reaksiyona girer. Bu reaksiyon büyük miktarda kimyasal enerji açığa çıkarır (lazerin kendi enerjisinin beş katına kadar) ve bu enerji lazer ışınıyla birlikte hem erimeyi hem de malzemenin uzaklaştırılmasını kolaylaştırır. "Termokimyasal reaksiyon artı lazer ısıtma"nın bu sinerjik etkisi, kalın-levha düşük-karbonlu çeliğin işlenmesinde alevle kesme hem verimlilik hem de maliyet-etkinlik avantajları sağlar.

(2) Füzyon Kesim Füzyon kesim, en yaygın kullanılan metal kesme işlemlerinden biridir ve aynı zamanda seramik gibi metal olmayan eritilebilir malzemeler için de uygundur. Bu işlemde yardımcı gaz olarak 2-20 bar basınç aralığında nitrojen veya argon kullanılır. Hem nitrojen hem de argon inert gazlardır; kesme sırasında erimiş metalle kimyasal reaksiyona girmezler, yalnızca erimiş malzemeyi kesimden çıkarmak için fiziksel üfleme kuvveti kullanırlar. Aynı zamanda, inert gaz kesici kenarda koruyucu bir atmosfer oluşturarak, yüksek-sıcaklık bölgesi ile hava arasındaki temasın neden olduğu oksidasyonu etkili bir şekilde önleyerek temiz, kireçsiz-bir kesme yüzeyi oluşturur.

(3) Basınçlı Havayla Kesme İnce sac malzemelerin işlenmesi için, basınçlı hava doğrudan kesme gazı kaynağı olarak kullanılabilir. Gaz basıncı tipik olarak 5-6 bar'a ayarlanır; bu, erimiş malzemeyi etkili bir şekilde kesimden dışarı üflemek için yeterlidir. Havanın yaklaşık %78'i nitrojen olduğundan, kesme mekanizması esasen eriterek kesmeyle aynıdır; ancak havada bulunan oksijen, belirli koşullar altında hafif oksidasyona neden olabilir. Bu nedenle, bu işlem öncelikli olarak oksidasyon gereksinimlerinin sıkı olmadığı ince-sac uygulamaları için kullanılır ve hem maliyet hem de kolaylık avantajları sunar.

(4) Plazma-Yardımlı Kesim İşlem parametreleri uygun şekilde eşleştirildiğinde, eriterek kesme işlemi sırasında-iyonize metal buharından ve kesme gazından oluşan-bir plazma bulutu oluşturulabilir. Bu plazma bulutu, CO₂ lazer ışınından gelen enerjiyi verimli bir şekilde emer ve bunu iş parçası yüzeyine yeniden yayar; böylece malzemenin iç kısmına daha fazla enerjinin bağlanmasını sağlar ve erime sürecini hızlandırır, böylece kesme hızını önemli ölçüde artırır. Bu nedenle işlem aynı zamanda yüksek-hızlı plazma kesimi olarak da bilinir. Plazma bulutunun katı hal lazerlerine (fiber lazerler gibi) karşı şeffaf olduğu ve enerji eşleşmesini artıramadığı unutulmamalıdır; bu nedenle bu işlem yalnızca CO₂ lazerler için geçerlidir.

(5) Buharlaştırmayla Kesme: Buharlaştırmayla kesme, malzemeyi doğrudan süblimleştirerek ayırmayı başarır, böylece ısıdan- etkilenen bölgeyi en aza indirir. Düşük buharlaşma ısısına ve yüksek emme oranlarına sahip malzemeler için (ince plastik filmler, ahşap, kağıt, köpük ve diğer-erimeyen malzemeler), sürekli bir-dalga CO₂ lazeri kullanılarak temiz buharlaştırmalı kesim yapılabilir. Ultra kısa-darbeli lazerlerin (pikosaniye ve femtosaniye seviyeleri) kullanıma sunulması, buharlaştırmalı kesmeyi metalik malzemelerin alanına kadar genişletti. Mekanizma şu şekildedir: ultra kısa darbelerin son derece kısa süresi nedeniyle, metaldeki serbest elektronlar lazer enerjisini hızla emer ve keskin bir şekilde ısınır; malzeme, ısının çevredeki kristal kafese aktarılmasından önce doğrudan süblimleşir. Bu işlem hiçbir erime, hiçbir çapak ve ısıdan-etkilenen önemli bir bölge içermediğinden, kelimenin tam anlamıyla "soğuk işlem" elde edilir. Hassas bileşenlerin ve ısıya duyarlı malzemelerin mikro imalatı için özellikle uygundur.

IV. Çözüm

Lazer kesim teknolojisinin çeşitli işlem yolları, farklı malzemeler, kalınlıklar ve kalite gereksinimleri içeren işleme senaryoları için hassas çözümler sunar. Termokimyasal reaksiyonların hakim olduğu alevle kesmeden, inert gaz koruması altında eriterek kesmeye ve ultra kısa darbelerle yürütülen buharlaştırmalı kesmeye kadar her süreç, farklı fiziksel mekanizmalara ve uygulama sınırlarına karşılık gelir. Bu sınıflandırmalar ve parametreler arasındaki temel ilişkilerin derinlemesine anlaşılması, kesme kalitesini optimize etmek ve işleme verimliliğini artırmak için bir ön koşuldur ve aynı zamanda lazer üretim teknolojisini daha yüksek hassasiyet ve verimliliğe doğru ilerletmenin temeli olarak da hizmet eder.

Lser cutting titanium sheet Titanium Sheet for sale