Cải tiến về chất lượng chùm tia laser để cắt kim loại Inox và thép tấm dày bằng laser sợi quang (Fiber laser)

Cắt kim loại tấm bằng laser là một trong những phương pháp sản xuất được ứng dụng nhiều với hàng ngàn hệ thống cắt đang hoạt động trên toàn thế giới. Trong 10 năm trở lại đây, những hệ thống cũ sử dụng laser CO2 đã được thay thế bằng laser sợi quang trạng thái rắn. Lúc này đầu cắt tập trung chùm tia laser vào tấm kim loại thông qua thấu kính có trợ khí đồng trục.

Hiện tại, các nguồn laser sử dụng chất lượng chùm tia cố định, hiệu suất cắt được tính trên một phạm vi công suất đầu ra rộng, có xác định các khoảng cách, tiêu điểm phù hợp để tạo ra các vết cắt tiêu chuẩn. Việc lựa chọn kích thước tiêu điểm cụ thể cho một hệ thống cắt laser nhất định có thể được thực hiện bằng cách sử dụng phương pháp tiếp cận “One Spot Size Fits All”, trong đó một ống kính được sử dụng để xử lý tất cả các chất liệu và độ dày của kim loại. Với tiêu chí mức độ chi phí đầu tư thấp cũng như vận hành đơn giản thì đây là yêu cầu được đáp ứng tốt.

Tuy nhiên, phương pháp này sẽ liên quan đến quá trình xử lý các kim loại khác nhau. Quá trình nóng chảy khi cắt thép không gỉ thường sử dụng khí nitơ để hỗ trợ với yêu cầu tiêu điểm nhỏ hơn cùng độ phân kỳ thấp. Mặt khác, vật liệu thép nhẹ sẽ sử dụng khí hỗ trợ oxy khi cần tiêu điểm lớn với độ phân kỳ cao.

Máy cắt laser kim loại tấm Nam Sơn

Vấn đề khó khăn đặt ra là tối ưu hóa cắt vật liệu đa dạng mà vẫn đảm bảo vết cắt đẹp và phù hợp nhu cầu sử dụng. Một lựa chọn được đưa ra nhằm giải quyết là dùng đầu cắt có bộ chuẩn trực zoom cơ giới và bộ điều chỉnh chùm biến đổi cho phép thay đổi kích thước tiêu điểm. Tuy nhiên, như trong hình 1, điều này không kết hợp đúng giữa tiêu điểm và độ phân kỳ dù chất lượng chùm tia laser là cố định vì một tiêu điểm nhỏ sẽ luôn có độ phân kỳ cao hơn so với tiêu điểm lớn hơn. Để cải thiện quá trình cắt này thì chất lượng chùm tia laser cần phải thay đổi.

SPI Lasers đã phát triển một tùy chọn mới cho các máy laser công suất cao, cho phép chất lượng chùm tia thay đổi, được gọi là variMODE. Điều này đạt được bằng cách kiểm soát sự phân kỳ chùm tia laser đi ra.

Tất cả điều này được thực hiện bên trong nguồn laser mà không cần bất kỳ quang học bên ngoài nào. Ban đầu, laser được trang bị kích thước sợi Ø100, chất lượng chùm tia có thể được chuyển từ 3,2 mm.mrad (M2 9,5) sang 5,8 mm.mrad (M2 17), như trong bảng 1. Chất lượng chùm tia thấp hơn 5,8 mm.mrad đã được thiết lập để phù hợp với điểm NA của các đầu cắt tiêu chuẩn có sẵn trên thị trường, đảm bảo tất cả năng lượng laser được cung cấp cho kim loại tấm và việc cắt chùm tia không xảy ra trong đầu cắt. Thời gian chuyển đổi chất lượng chùm tia từ thấp đến cao thường là 30ms, đủ nhanh để thay đổi giữa xuyên và cắt.

Ứng dụng cắt Inox tấm

Các thử nghiệm cắt được thực hiện với laser 3kW, so sánh hiệu suất variMODE với chất lượng chùm tia (4,5 mm.mrad) của dòng sản phẩm tiêu chuẩn. Laser variMODE được đặt ở chất lượng chùm tia cao (3,2 mm.mrad) và độ phân kỳ thấp hơn, kích thước tiêu điểm giống hệt nhau trong cả hai trường hợp do sử dụng cùng một đầu cắt quang học.

Bảng 2, chất lượng chùm tia cao hơn, nhanh hơn đáng kể so với tiêu chuẩn khi cắt inox 2 mm (tốc độ cắt nhanh hơn 45% và đối với 4mm thì tốc độ nhanh hơn 25%) tại cùng công suất đầu ra.

Lưu ý rằng tất cả các tốc độ cắt này là tốc độ sản xuất có khả năng chịu được thay đổi tại vị trí lấy nét và chiều cao đầu phun.

Cắt kim loại thép tấm dày

Hầu như không có sự khác biệt lớn về tốc độ cắt tại phạm vi của chất lượng chùm tia có sẵn nhưng có thay đổi về chất lượng khi cắt loại thép mỏng. Khi sử dụng chất lượng chùm tia thấp hơn (5,8 mm.mrad), chất lượng cạnh cắt được cải thiện, đặc biệt với các mẫu dày (20 mm) có độ nhám trung bình (Rz) <30. Các vết cắt có chất lượng chùm tia cao hơn sẽ cho đường cắt cứng hơn, không ổn định.

Các thực nghiệm chỉ ra rằng các vết cắt được thực hiện với chất lượng chùm tia thấp hơn sẽ mát hơn nhiều so với việc sử dụng chất lượng chùm tia cao hơn. Ví dụ, khi cắt thép nhẹ dày 20 mm bằng nguồn 3kW, chất lượng chùm tia cao (3,2 mm.mrad), mẫu đạt tới 190 ° C nhưng với cấu hình cắt tương tự chỉ đạt 110 ° C nếu sử dụng chất lượng chùm tia thấp hơn (5,8 mm.mrad) với tất cả các thông số khác giữ nguyên. Nghĩa là nó có khả năng tạo ra một vết cắt mát hơn, độ nhám cạnh cắt thấp hơn.

Bên cạnh cải thiện chất lượng cạnh cắt, các tỷ lệ khung hình cao hơn có thể được cắt từ loại thép dày. Như hình 2, hình dạng liên kết rộng 2,5mm được cắt bằng thép nhẹ 20 mm sử dụng laser variMODE 3kW hoạt động với 5,8 mm.mrad với tốc độ cắt 0,7 m / phút.

Một lợi ích khác của việc sử dụng laser variMODE là chất lượng chùm tia khác nhau có thể được sử dụng để xuyên và cắt. Xỏ lỗ bao gồm khoan một lỗ xuyên qua tấm kim loại trước khi bắt đầu cắt phải được mài nhẵn, đặc biệt là để cắt oxy. Việc xuyên thép dày có thể mất nhiều thời gian nhưng nếu sử dụng chất lượng chùm tia cao thì thời gian xuyên sẽ giảm đáng kể.

Hình 3, với laser variMODE, nó có thể xuyên qua với chất lượng chùm tia cao để tạo lỗ nhanh hơn, chất lượng cao hơn và sau đó chuyển sang chất lượng chùm tia thấp hơn để cắt.

Quá trình này còn giúp tốc độ chuyển đổi chất lượng chùm tia của laser variMODE để ngăn chặn việc tạm dừng trong khi cắt.

TỔNG KẾT

Có những ưu điểm rõ ràng khi sử dụng chất lượng chùm tia laser thay đổi để xử lý kim loại tấm so với chất lượng chùm tia laser cố định. Với cùng công suất laser, chất lượng chùm tia laser thay đổi có thể thực hiện tốt hơn chất lượng chùm tia cố định. Khi đặt ở chất lượng chùm tia cao, tốc độ cắt inox cao hơn đáng kể. Khi được đặt ở chất lượng chùm tia thấp hơn, tốc độ cắt thép nhẹ dày là như nhau nhưng chất lượng cạnh được cải thiện và có thể cắt tốt hơn do nhiệt độ của vật liệu gia công thấp hơn.

Xem thêm sản phẩm máy cắt laser Nam Sơn xử lý kim loại tấm inox, thép nhẹ, đồng, nhôm... >> http://namson.com.vn/san-pham/san-pham-theo-danh-muc/may-cat-laser/may-cat-laser-namson-powercut-s1530-dc.html