Технологические особенности некоторых ОКГ
При обработке металлов наибольшее распространение получили газовые лазеры, твёрдотельные лазеры и, в последнее время, волоконные лазеры. Лазерное технологическое оборудование, разработанное на основе того или иного типа лазера, имеет вполне определенную специфику, которую необходимо учитывать при покупке оборудования.
Оборудование на основе импульсных твёрдотельных лазеров имеет специфические особенности, связанные, во-первых, с длиной волны излучения (1×10–6 м) и, во-вторых, с импульсным характером воздействия излучения на материал.
При падении излучения на поверхность металла значительная доля этого излучения не поглощается, а отражается металлом. Причём доля отражённого излучения зависит от длины волны и тем больше, чем больше длина волны. Длина волны излучения твёрдотельного лазера составляет около 1×10–6 м, а длина волны излучения газового лазера – около 10×10–6 м. Именно по этой причине раскрой алюминиевых сплавов газовыми лазерами затруднён, а, например, медь, вообще не поддаётся обработке. Поэтому при обработке металлов оборудование на основе твёрдотельных лазеров с излучением с достаточно малой длины волны обладает, по сравнению с оборудованием на основе газовых лазеров, существенными преимуществами.
Особенно ярко эти преимущества проявляются при обработке цветных металлов и сплавов. Например, использование твёрдотельного лазера со сравнительно небольшой мощностью (до 500 Вт) позволяет уверено кроить детали из алюминиевых сплавов толщиной до 6 мм, латуни до 5–6 мм меди до 4 мм, а также молибдена, титана, серебра, золота и пр.
Вторая особенность оборудования на основе импульсных твёрдотельных лазеров состоит в импульсном воздействии на материал. При резке металла излучение лазера расплавляет слой металла, расплавленный металл выдувается из зоны реза газовой струёй. Слой расплавленного металла нагревает соседние области, что приводит к изменению свойств материала вблизи границы реза. Эти приграничные области называют зоной термического влияния. Для того чтобы уменьшить эти зоны и свести к минимуму нагрев материала, следует уменьшать время воздействия излучения на материал. Это возможно либо при очень большой скорости реза, когда луч быстро переносится с одного места на другое, либо при импульсном воздействии на материал. Первый способ имеет довольно большие ограничения, например, при резке достаточно толстых материалов или материалов с высокой теплопроводностью.
При импульсном воздействии зону термического влияния можно свести к минимуму.
В импульсном твёрдотельном лазере, разработанном в научно-производственной фирме «ТЕТА», г. Москва, минимальная длительность воздействия может составлять 250×10–6 с, а характерная длительность воздействия излучения при резке составляет (1–2)×10–3 с. При таком воздействии зона термического влияния становится минимальной и составляет всего лишь десятки микрометров, деталь при резке остается практически холодной, тепловые потери при резке минимальны.
Это бывает важно при резке материалов с покрытием (вблизи реза покрытие остается целым). С такими задачами чаще всего встречаются при изготовлении рекламной продукции (вывески, объёмные буквы и пр.) Именно по этой причине в этой области чаще всего используется оборудование на основе твёрдотельных лазеров. Данная особенность процесса резки также очень важна при изготовлении прецизионных деталей, деталей с малыми перемычками между отверстиями или при изготовлении деталей, у которых кромка не должна быть модифицирована.
Лазеры фирмы «ТЕТА» обладают высокой технологической гибкостью. Система управления позволяет менять параметры излучения в очень широком диапазоне. Длительность импульса от 0,25 до 5×10–3 с, частоту следования импульсов от 10 до 200 Гц, имеется возможность задавать форму импульса, менять режим работы лазера в процессе резки (что очень важно при прошивке отверстий) и многое другое. Это позволяет подбирать оптимальный режим обработки для очень широкого круга материалов от серебра, золота и меди до особо твёрдых сплавов, от натуральных камней до сложных искусственных композиционных материалов, керамик. Такое разнообразие обрабатываемых материалов доступно лишь импульсным твёрдотельным лазерам.
[1] Коллима́тор или система коллимации (collimare – искажённое лат. соllinеаrе направлять по прямой линии) – оптическая система для получения пучка параллельных лучей, применяемая в оптических приборах разного назначения.
[2] 1 Кал = 4,2 Дж (Вт·с)
[3] Дифракция – явление отклонения света от прямолинейного направления распространения при прохождении вблизи препятствий [5].
[4] Аберрация – ошибка или погрешность изображения в оптической системе, вызываемая отклонением луча от того направления, по которому он должен был бы идти в идеальной оптической системе [5].