V průmyslu spékaných kovů je kvalita řezu rozhodující pro výkon konečného produktu. Mezi různými metodami řezání vyniká řezání laserem vysokou přesností, bez{1}}kontaktní povahou a flexibilitou.
Při řezání porézních kovových materiálů, jako je titan nebo niklová plsť, jsou však tradiční kontinuální-vlnové lasery náchylné k nadměrnému přívodu tepla, což vede k tavení okrajů, vytváření přetavené vrstvy a dokonce k ucpávání pórů. To vážně snižuje propustnost materiálu, katalytickou aktivitu nebo účinnost filtrace.
Tento článek se zabývá pokročilými laserovými procesy a technologiemi, které zásadně řeší tuto výzvu.
1. Hlavní příčina: Proč dochází k tání okrajů?
Pochopení příčiny je klíčem k nalezení řešení. Podstatou tavení okrajů je „přehřátí“.
Efekt akumulace tepla: Kovová plsť se skládá z propojených vláken. Ačkoli je její tepelná vodivost lepší než u polymerové plsti, její trojrozměrná porézní struktura má za následek nespojité dráhy vedení tepla a nižší tepelnou kapacitu ve srovnání s pevnými plechy. Nepřetržitý přísun energie z CW laseru způsobuje, že se teplo rychle akumuluje v řezné zóně -překračuje bod tání materiálu-, než může difundovat do sypkého materiálu.
Vlastnosti materiálu: Titan a nikl jsou oba reaktivní kovy, přičemž titan má vysokou afinitu ke kyslíku a dusíku. Při vysokých teplotách procházejí řezné hrany oxidací a nitridací, čímž se vytvářejí tvrdé a křehké složené vrstvy. To je doprovázeno opět{2}}tuhnutím roztaveného materiálu, které ničí původní strukturu vlákna a poréznost.
2. Řešení: Technologický skok z „nepřetržitého“ na „pulzní“
Základním principem je snížení celkového příkonu tepla a poskytnutí dostatečné „doby chlazení“ materiálu. Toho je dosaženo především pomocí dvou klíčových technologií:
►1. Přijetí pulzních vláknových laserů – základní řešení
Na rozdíl od laserů se spojitými{0}}vlnami vyzařují pulzní lasery „laserové pulsy“ na velmi vysokých frekvencích a extrémně krátkém trvání (úrovně nanosekund, pikosekund nebo dokonce femtosekund). Každý puls vytváří malý bod ablace nebo odpařování, zatímco během intervalu mezi pulsy se materiál dostatečně ochladí.
►2. Optimalizace asistenčního plynu – nepostradatelný synergický prvek
Pomocný plyn hraje při řezání laserem dvojí roli: vyhazování roztaveného materiálu a účast na chemických reakcích. Volba plynu je zvláště důležitá pro materiály náchylné k oxidaci-, jako je titan a niklová plsť.
Preferovaná volba: Inertní plyny s vysokou{0}}čistotou (např. Argon, Ar)
Funkce: Vytváří ochrannou atmosféru, účinně izoluje řeznou hranu od kyslíku a dusíku, aby se zabránilo chemickým reakcím při vysokých teplotách. Současně vysokorychlostní proud plynu rychle odstraňuje odpařený nebo minimálně roztavený materiál ze zářezu a zabraňuje jeho opětovnému usazování a tuhnutí na okrajích vláken.
Používejte opatrně: Kyslík/stlačený vzduch
Zatímco kyslíkové řezání uhlíkové oceli zvyšuje rychlost exotermickou reakcí, u titanu a niklu způsobuje silnou oxidaci řezné hrany, vytváří silnou, křehkou vrstvu oxidu doprovázenou výrazným tavením, a je třeba se tomu striktně vyhnout.
3. Řízení klíčových parametrů procesu: Dosažení přesnosti "mikrochirurgie"
I u pulzního laseru a inertního plynu je nastavení parametrů posledním krokem určujícím úspěch.
►Špičkový výkon a frekvence pulsů: Vyšší špičkový výkon zajišťuje efektivní odpařování materiálu, zatímco vhodná frekvence pulsů (ne nutně vyšší je lepší) musí odpovídat řezné rychlosti, aby byla zajištěna dostatečná doba chlazení pro každý puls.
►Rychlost řezání: Příliš nízká rychlost vede k nadměrnému přívodu tepla; příliš rychlý může mít za následek neúplné řezy nebo drsné hrany. Cílem je využít co nejvyšší rychlost při zajištění úplného průniku.
►Fokální poloha: Přesně vyrovnejte zaostření na povrchu materiálu nebo mírně uvnitř, abyste dosáhli nejmenšího průměru bodu a nejvyšší hustoty energie pro jemnější řezání.
►Rychlost průtoku trysky a plynu: Vyberte vhodný průměr trysky a zajistěte dostatečný a stabilní průtok inertního plynu vysoké{0}}čistoty, který vytvoří účinnou ochrannou clonu a účinnou schopnost vypouštění.
