لیزرهای مورد استفاده در برشکاری

لیزرهای بسیاری با طول موج های مخصوص برای برش لیزری قابل استفاده است که می تواند پرتو را بر یک نقطه کوچک با شدت کافی برای ذوب ماده متمرکز کند.

• لیزر گازی CO2.
• لیزر پایه جامد Nd: YAG.
• لیزر Fiber.

جدیدترین عضو خانواده لیزر، لیزر فیبری است که می تواند کیفیت اشعه، توان لیزر و شدت اشعه خوبی فراهم کند و به نظر می رسد دارای کاربرد وسیعی در چشم انداز آینده برش لیزری باشد.

با این حال همچنان فراوانی لیزرهای CO2 و Nd:YAG بیشتر است. در زیر مقایسه ای کوتاه بین این دو نوع لیزر انجام شده است.

مقایسه لیزرهای CO2 و Nd: YAG:
مزایای برشکاری ورق با لیزر CO2 در برش نسبت به لیزر Nd:YAG را می توان چنین برشمرد:

• بازدهی بسیار بالاتر (تا 30 درصد).
• مد پرتو بهتر (نزدیک به مد گوسی بهینه).
• هزینه اولیه پایین تر.
• قابلیت برش عمق بیشتر.

به طور کلی بازدهی سیستم های لیزری بسیار پایین است. به شکلی که اکثر منابع تولید لیزر بازدهی کمتر از 5 درصد دارند.

لیزر Nd:YAG نیز از این قاعده مستثنی نبوده و بازدهی بسیار کمی دارد اما لیزر CO2 به نسبت آن بازدهی بسیار بالایی دارد.

مد یک پرتوی لیزر اشاره دارد به پخش انرژی از طریق مقطع عرضی. این پارامتر بر موارد زیر اثرگذار است.

اندازه پرتوی متمرکز شده و در نتیجه شدت پرتو متمرکز شده

شدت پخش پرتو در نقطه کانونی و در نتیجه کیفیت برش

بنابراین کیفیت مد برای برش لازم است. بهترین مد، حالت گوسی است که پرتو در مقطع عرضی دارای یک توزیع نرمال خواهد بود. با توجه به نوع لیزر، پرتوها دارای مدهای متفاوتی خواهند بود.

مزایای برشکاری ورق با لیزر Nd:YAG در برش نسبت به لیزر CO2 عبارتند از:

• ابعاد کوچک تر.
• نگهداری و تعمیرات آسان.
• تنظیم و انتقال آسان تر پرتو تا فاصله های زیاد.
• طول موج کوچک تر (برش مواد با بازتابش بالا نسبت به پرتوی CO2).
• قابلیت تقسیم پرتو جهت کار بر روی چند ایستگاه کاری.

لیزر CO2 در مقایسه با لیزر Nd:YAG برای تولید توان مشخص، فضای بسیار بیشتری را اشغال می کند. علت این امر حالت ماده پایه در این دو لیزر است.

ماده پایه لیزر CO2 گاز کربن دی اکسید است و تراکم مولکول ها در آن کمتر است اما ماده پایه لیزر Nd:YAG جامد است و تمرکز ملکولی در آن بیشتر است.

همین امر باعث می شود که لیزر کربن دی اکسید فضای بیشتری اشغال کند. پرتوی CO2 با توجه به طول موجی که دارد باید توسط آینه ها منتقل شود.

اما پرتوی Nd:YAG قابلیت انتقال توسط فیبرهای نوری را نیز دارد. این قابلیت باعث می شود بتوان پرتوی Nd:YAG را تا فواصل زیاد به آسانی انتقال داد.

طول موج پرتوی Nd:YAG 1.06 میکرومتر یعنی یک دهم طول موج پرتوی CO2 (1.06 میکرومتر) است و همین خاصیت باعث می شود.

پرتوی Nd:YAG در بسیاری از مواد فلزی بهتر جذب شود. به ویژه در مواردی که نسبت به پرتوی CO2 بازتابش بسیار بالایی نشان می دهند.

پرتوی Nd:YAG را می توان با استفاده از سوئیچ هایی بین چند ایستگاه به صورت متناوب و یا همزمان استفاده کرد.

در حقیقت با استفاده از تنها یک منبع تولید لیزر، می توان بر روی چند ایستگاه کاری پرتو را دریافت کرد.

بنابراین پرتوی Nd:YAG با توجه به خواص گفته شده این قابلیت را دارد که به آسانی بر روی ربات ها مورد استفاده قرار بگیرد.

پارامترهای موثر در فرایند برشکاری ورق با لیزر:
پارامترهای موثر در فرایند برشکاری ورق با لیزر را می توان به صورت زیر دسته بندی کرد:

دسته اول: پارامترهای فرایند

• سرعت برش.
• گاز محافظ و فشار آن.
• اپتیک (لنزها).
• مسیر و طرح برش.
• هندسه نازل برش.
• فاصله نازل برش از سطح ورق.

دسته دوم: پارامترهای برشکاری ورق با لیزر

• پالسی یا پیوسته بودن.
• توان.
• طول موج.
• توزیع پرتو.
• قطبش.
• کیفیت پرتو.

دسته سوم: پارامترهای ماده تحت برش

• جنس.
• ضخامت.
• نقطه ذوب.
• خواص حرارتی.
• ضریب جذب پرتو.
• کیفیت سطح.