Explorando o corte a laser: Tipos, recursos e mecanismos

Características do corte a laser

Conforme ilustrado na Figura 1, o feixe de laser focalizado irradia a peça de trabalho, fazendo com que o material na área irradiada derreta rapidamente, vaporize ou atinja seu ponto de ignição.

Ao mesmo tempo, um fluxo de gás auxiliar que é coaxial com o feixe de laser sopra o material derretido ou vaporizado. À medida que o cabeçote de corte a laser se move em relação à peça de trabalho, forma-se um corte. O metal fundido e a escória soprados criam um jato de faíscas sob o corte.

Dada a capacidade do feixe de laser de focar em pontos muito pequenos, sua fonte de calor concentrada e a alta iluminação radiante, corte a laser tem várias vantagens sobre o corte com chama oxiacetilênica tradicional e o corte com arco de plasma:

Cortes de alta qualidade

Isso se reflete principalmente nos três aspectos a seguir:

1) O corte é estreito, com um mínimo de 0,1 mm, geralmente variando de 0,12 a 0,40 mm.

2) O corte tem bom paralelismo e perpendicularidade, e a superfície de corte é lisa (com um pequeno valor de rugosidade da superfície). O valor geral da rugosidade da superfície é de apenas cerca de Rz: =10~25μm, e as bordas não têm rebarbas ou escória, o que a torna adequada para o corte direto. soldagem a laser.

3) A zona afetada pelo calor é estreita e a deformação térmica é mínima. A zona geral afetada pelo calor varia de 0,1 a 0,15 mm e, ao cortar placas finas, às vezes pode ser tão pequena quanto 30 μm. Além disso, os parâmetros de corte não são significativamente afetados por alterações em parâmetros de corte a laser.

Alta velocidade de corte e alta eficiência

Por exemplo, ao usar um motor de 1200W Laser de CO2A velocidade de corte de uma placa de aço de baixo carbono com 2 mm de espessura pode chegar a 6 m/min; o corte de vidro orgânico com 5 mm de espessura pode chegar a 12 m/min; e o corte de 500 furos com 10 mm de diâmetro em uma placa de aço com 1 mm de espessura pode ser feito em um minuto. A velocidade de corte mais rápida pode exceder 20 m/min, o que é incomparável com os métodos de corte tradicionais.

Alta flexibilidade de processamento

Por meio da programação, peças de qualquer formato e tamanho podem ser cortadas do material; a programação automática pode otimizar a disposição das peças a serem cortadas e otimizar o caminho de corte, reduzindo, assim, a perda de material e o tempo ocioso. Se corte a laser é usado em vez da perfuração do molde durante o estágio de teste da produção de peças da carroceria do carro, ele pode economizar moldes caros, reduzir significativamente os custos de produção e encurtar o ciclo de produção.

Ampla adaptabilidade de materiais

O processamento a laser é aplicável a quase todos os materiais metálicos e não metálicos, inclusive aqueles com alta dureza, alto ponto de fusão, materiais frágeis e pegajosos.

Classificação e mecanismo de corte a laser

Dependendo do material e dos parâmetros de corte, o corte a laser pode ser categorizado nos quatro métodos a seguir:

Corte por vaporização

Sob a irradiação de um feixe de laser de alta iluminação radiante, o material é rapidamente aquecido até a temperatura de vaporização, fazendo com que o material se vaporize ou derreta. Parte do material vaporizado escapa da superfície da peça de trabalho quase na velocidade do som, enquanto outra parte é soprada pelo fluxo de gás auxiliar da parte inferior do corte.

Esse mecanismo de corte requer alta iluminação radiante de cerca de 10⁸W/cm²que é 10 vezes a iluminação radiante necessária para o corte por fusão. Os materiais que não podem derreter, como madeira, plástico, cerâmica etc., são essencialmente cortados dessa forma no corte a laser.

Corte por fusão

Quando a iluminação radiante do feixe de laser excede o valor de fusão, o material sofre fusão na área irradiada pelo laser. O material derretido é expelido da parte inferior do corte pela ação do fluxo de gás, formando um spray de faíscas. A iluminação radiante necessária para o corte por fusão é 1/10 da necessária para o corte por vaporização.

Corte por fusão reativa

O corte por fusão reativa é essencialmente um corte por fusão com oxigênio como gás auxiliar, por isso também é chamado de corte por fusão assistido por oxigênio. Durante o corte por fusão assistido por oxigênio, o laser só precisa aquecer a área de corte até a temperatura de ignição do material (menor que o ponto de fusão).

O oxigênio, como gás auxiliar, terá uma reação de combustão intensa com o material, liberando uma grande quantidade de calor. Os óxidos resultantes e a superfície do metal fundido são então soprados pelo fluxo de oxigênio, formando um corte.

O calor da reação para a oxidação de ferro e titânio é o seguinte:

• Fe+1/2O₂=FeO Q_R=260kJ/mol
• 3Fe+2O₂=Fe₃O₄ Q_R=1120kJ/mol
• 2Fe+3/2O₂=Fe₂O₃ Q_R=820kJ/mol
• Ti+1/2O₂=TiO Q_R=543kJ/mol

O calor da reação de oxidação é maior para o titânio do que para o ferro. Quando o laser de oxigênio corta aço, a reação exotérmica fornece 60% da energia de corte; ao cortar titânio, pode fornecer até 90% da energia. Em comparação com o corte por fusão, o corte por fusão assistido por oxigênio pode reduzir significativamente a potência necessária do laser, reduzindo efetivamente os custos de corte e melhorando a eficiência do corte.

Entretanto, como o corte é oxidado, para peças cruciais que não toleram oxidação, o corte por fusão reativa não é adequado. Em vez disso, gases inertes ou outros gases não oxidantes são usados para o corte por fusão. Por exemplo, placas de liga de titânio no setor aeroespacial e placas de aço para peças de automóveis que são soldadas diretamente após o corte.

Corte com fratura controlada

Quando materiais frágeis, propensos a danos térmicos, são aquecidos por irradiação a laser, eles se quebram de forma rápida e controlável. Esse processo é chamado de corte de fratura controlada. O mecanismo pode ser resumido da seguinte forma: o feixe de laser aquece uma pequena área do material frágil, causando um gradiente térmico e a deformação mecânica resultante, o que leva à rachadura do material.