Виды лазерной резки металла и других материалов — от испарительной до термораскалывания

Лазерная резка — один из самых современных способов обработки листовых материалов. Лазерный луч двигается по заданным координатам, вырезая из металлического, полимерного или деревянного листа детали нужных очертаний. Очертания при том могут быть сколь угодно сложными, потому что:

• Лазерный луч тонок и может прорезать узкие отверстия, не разрушая материал вокруг них. Узкие отверстия с диаметром, равным толщине материала — само по себе преимущество, но благодаря этому лазер еще и может делать четкие углы резов, не скругляя их.
• Точность наведения луча измеряется десятыми долями миллиметра даже на стандартных промышленных лазерах, режущих металл для корпусов. У специальных лазеров, используемых для инновационной электроники, точность может быть еще намного выше.
• Лазерным лучом управляет компьютер, ведет его четко по заданным координатам и с четко заданной скоростью, достаточной для ровного разрезания материала и недостаточной для его перегрева или обугливания. Благодаря этому в партии любого размера детали выходят четко соответствующими проекту, без отклонений.

В общем, лазерная резка оказалась очень ценной технологией для нашего времени. А внутри этой технологии есть подвиды, которые позволяют максимально эффективно работать с разными видами материалов. Сегодня разберемся в этих видах. Ну а если Вам понадобилась Лазерная резка металла, то перейти на сайт

Лазерно‑кислородная резка

В лазерной резке помимо самого лазерного луча всегда участвует струя газа. Она нужна как минимум для того, чтобы:

• выдувать расплавленный или испаренный материал из зоны реза
• и охлаждать оставшиеся грани, чтобы не перегревать остальную часть материала.

Так и будет, если этот газ будет просто атмосферным воздухом, забранным в компрессор и выпущенным под луч. Но при резке можно использовать не только банальный воздух, но и специальные газы — и в таком случае резка будет приобретать дополнительные качества.

Первый из таких специальных газов — чистый кислород. Его свойство — участвовать в окислительных реакциях. Когда кислород контактирует с металлом, расплавившимся под влиянием луча, эти реакции запускаются с бешеной скоростью. А при окислительных реакциях выбрасывается много тепла.

Как много тепла? Для разных металлов это значение будет различаться. Но вот, например, при лазерно‑кислородной резке железа количество выделяемого при окислении тепла в 3–5 раз больше, чем количество тепла, принесенное собственно лазером.

Это свойство кислорода позволяет резать металлы намного быстрее и дешевле, чем при использовании атмосферного воздуха. Быстрее — потому что в бешеном окислительном жаре металл плавится стремительнее. Дешевле — потому что для разрезания большого количества металла можно использовать меньше электричества.

Кислородная резка с лазерным стартом (технология LASOX)

Логическое развитие предыдущей технологии, один из новых трендов в лазерной резке металлов. Если в лазерно‑кислородной резке основной режущей силой является все‑таки лазер, а кислород, несмотря на огромную тепловую мощь окисления, выступает все‑таки «на подпевках», то здесь основную работу делает именно сверхзвуковая струя кислорода.

Лазерный луч служит стартером — он раскаляет металл примерно до тысячи градусов Цельсия, чтобы подготовить его к запуску бешеной окислительной реакции. Потом в поверхность ударяет струя газа — и начинается собственно резка.

• Ключевое положительное отличие технологии — в том, что так можно прорезать более толстый металл — до 50 миллиметров против 30 у большинства установок лазерно‑кислородной резки.
• Ключевое отрицательное отличие — процесс идет значительно медленнее. Скорость около 0,2 метра в минуту — в то время как у лазерно‑кислородной резки не меньше полуметра в минуту, а обычно еще быстрее. Поэтому если толщина металла позволяет использовать лазер‑кислород — выгоднее использовать именно его.
• Дополнительное отрицательное отличие — увеличенный диаметр отверстий. Редко меньше 3 миллиметров, в то время как обычная лазерно‑кислородная резка выдает и 1 миллиметр, и даже 0,1 миллиметр, если используются специальные станки.

Благодаря этому кислородная резка с лазерной поддержкой используется, например, в судостроении — и не используется в сферах с более тонким металлом.

Резка лазером в среде инертного газа

Противоположность двух предыдущих технологий.

Окисление приходится очень кстати, когда идет работа с железом и низколегированными сталями — но с цветными металлами и высоколегированными сталями оно не в тему. Из‑за присутствия кислорода при резке нержавейка, алюминий и титан формируют на кромках негодные соединения, портящие свойства материала.

При этом решение «использовать не чистый кислород, а просто воздух» не помогает, потому что кислород в атмосферном воздухе всё равно есть. И резка пойдет не так быстро, но кромки всё равно будут испорчены — хоть и не так сильно. Качественной работой это не назовешь.

Поэтому при работе с «капризными» материалами используются инертные газы. В зону резки подается струя сжатого газа, который не вступает во вредную реакцию с материалом — но при этом так же выдувает из отверстия расплав и охлаждает края разреза.

• Для большинства «капризных» материалов — например, нержавейки и сплавов алюминия — используется азот. Его называют условно‑инертным газом. «Условно» — потому что в принципе он не является инертным. Азот вполне себе вступает в реакции с другими веществами. Но не является окислителем. В данном случае этого достаточно.
• Но существуют и «особо капризные» материалы — например, титан. При резке титана даже азот будет вреден. Потому что нежелательными являются не только оксиды титана, но и его нитрид, то есть соединение с азотом. Нитрид титана бывает довольно красив — в частности, его используют в качестве позолоты для куполов и зубных протезов. Но его нежданное появление в деталях никуда не годится, потому что нитрид титана хрупок. Для резки титана используется аргон — истинно инертный газ.