برش لیزری فلزات و مواد غیر فلزی؛ اصول، مزایا و محدودیت ها
برش لیزری یکی از پیشرفته ترین و کارآمد ترین روش های فرآوری مواد است که به دلیل دقت بالا، کیفیت عالی لبه ها و سرعت مناسب، جایگاه ویژه ای در صنایع مختلف یافته است. در ادامه، نگاهی جامع و قابلفهم تر به نحوه تأثیر لیزر بر انواع فلزات و مواد غیر فلزی خواهیم داشت.
برش لیزری فلزات
بازتاب فلزات و شروع فرآیند ذوب
اغلب فلزات در دمای اتاق بازتاب بسیار بالایی نسبت به اشعه مادون قرمز دارند. برای مثال، میزان جذب لیزر CO₂ با طول موج 10.6 میکرومتر تنها حدود ۰.۵ تا ۱۰ درصد است.
با این حال، زمانی که پرتو لیزر با چگالی توان بیش از 10⁶ وات بر سانتیمتر مربع بر سطح فلز متمرکز شود، سطح فلز تنها در چند میکروثانیه ذوب می شود. پس از آن، نرخ جذب فلز مذاب تا ۶۰ تا ۸۰ درصد افزایش پیدا می کند و همین موضوع امکان برش مؤثر را فراهم می سازد.
برش فولاد کربنی
در سیستم های مدرن برش لیزری، ضخامت قابل برش فولاد کربنی حتی از ۲۰ میلیمتر نیز فراتر رفته است.
در این روش معمولاً از اکسیژن بهعنوان گاز کمکی استفاده می شود تا ذوب و اکسیداسیون بهطور همزمان به بهبود کیفیت و سرعت برش کمک کند.
- مزایا:
- کنترل عرض برش
- امکان ایجاد برش های بسیار باریک (تا حدود ۰.۱ میلیمتر در ورق های نازک)
برش فولاد ضد زنگ (استنلس استیل)
برش لیزری یکی از بهترین روش ها برای پردازش ورق های استنلس استیل است.
چون منطقه تأثیر حرارتی (HAZ) در این روش بسیار کوچک و قابل کنترل است، خواص ضد خوردگی فولاد حفظ میشود.
بیشتر فولاد های آلیاژی و ابزار نیز کیفیت برش بسیار خوبی با لیزر دارند.
برش آلومینیوم و آلیاژهای آلومینیوم
آلومینیوم بهدلیل بازتاب بسیار زیاد، برای برش با لیزر CO₂ چندان مناسب نیست و نیاز به چگالی توان بالا دارد.
به همین دلیل، استفاده از لیزر YAG با طول موج 1.06µm باعث:
- افزایش جذب انرژی
- بهبود کیفیت برش
- افزایش سرعت عملیات
می شود. در برش این فلز از مکانیزم برش همجوشی به جای برش اکسیژنی استفاده می شود.
برش تیتانیوم و آلیاژهای آن
تیتانیوم که در صنایع هوایی بسیار کاربرد دارد، با اکسیژن سریع تر برش میخورد اما ممکن است:
- لایه اکسیدی ضخیم روی لبه ایجاد شود
- خطر ایجاد احتراق یا فرسایش وجود داشته باشد
بنابراین استفاده از گاز های بی اثر مانند آرگون یا نیتروژن برای تضمین کیفیت و ایمنی بیشتر توصیه می شود.
برش مس و آلیاژهای مس
مس نیز بازتاب بالایی نسبت به پرتو لیزر CO₂ دارد و انرژی را به خوبی جذب نمی کند. به همین دلیل برش آن نیازمند توان بسیار بالا یا استفاده از لیزر هایی با طول موج کوتاه تر است.
برش لیزری مواد غیر فلزی
لیزر CO₂ با طول موج 10.6 میکرومتر بازتاب بسیار کمی در مواد غیر فلزی دارد و دمای تبخیر این مواد باعث جذب تقریباً کامل انرژی لیزر می شود. نتیجه این امر، برش سریع و بسیار تمیز است.
مواد قابل برش با لیزر
لیزر برای طیف گسترده ای از متریال های غیر فلزی کاربرد دارد. پلاستیک، لاستیک، انواع چوب تا ضخامت حدود ۷۵ میلیمتر، کاغذ و مقوا، چرم و پارچه های طبیعی به راحتی با این فناوری برش می خورند. همچنین لمینت و تخته خردهچوب تا حدود ۲۵ میلیمتر با دقت بالا قابل پردازش هستند.
مواد معدنی قابل و غیر قابل برش
در میان ترکیبات معدنی، کوارتز و برخی سرامیک ها بهخوبی توانایی جذب لیزر را دارند و قابلیت برش مناسبی ارائه می دهند. در مقابل، شیشه و سنگ های معمولی بهدلیل رفتار ناپایدار در برابر حرارت یا ترکخوردگی، گزینه های مناسبی برای برش لیزری محسوب نمی شوند.
مواد خاص و کامپوزیت ها
کامپوزیت ها، کاربید سیمانی و دیگر متریال های سخت که با روشهای سنتی بهسختی قابل پردازش اند، به کمک لیزر با دقت بالا و آسیب حداقلی برش می خورند.
در این روش، حتی پیچیده ترین ترکیبات نیز با دقت بالا و بدون آسیب اضافی فرآوری می شوند.
اما انتخاب پارامتر های مناسب لیزر (توان، سرعت، گاز کمکی و …) نیازمند آزمایش و تنظیم دقیق است.
برش لیزری یکی از انعطاف پذیر ترین و مؤثرترین روش های پردازش مواد است. از فولاد و آلومینیوم گرفته تا پلاستیک و سرامیک، هر ماده ای با انتخاب لیزر و پارامتر های مناسب می تواند با کیفیت بالا برش داده شود. شناخت ویژگی های جذب، بازتاب و ذوب هر ماده، عامل کلیدی در دستیابی به نتایج حرفه ای در این فرآیند است.
بدون نظر