У промисловості спеченого металу якість різання має вирішальне значення для ефективності кінцевого продукту. Серед різноманітних методів різання лазерне різання виділяється високою точністю, без{1}}контактністю та гнучкістю.
Однак під час різання пористих металевих матеріалів, таких як титан або нікелевий фетр, традиційні лазери безперервної-хвилі схильні до надлишкового надходження тепла, що призводить до оплавлення країв, утворення шару переробки та навіть блокування пор. Це серйозно погіршує проникність, каталітичну активність або ефективність фільтрації матеріалу.
У цій статті розглядаються передові лазерні процеси та технології, які фундаментально вирішують цю проблему.
1. Основна причина: чому відбувається оплавлення краю?
Розуміння причини є ключовим для пошуку рішення. Суть оплавлення краю полягає в «перегріві».
Ефект акумуляції тепла: металевий повсть складається із з’єднаних між собою волокон. Хоча його теплопровідність краща, ніж полімерний фетр, його три{1}}вимірна пориста структура призводить до розривних шляхів теплопровідності та нижчої теплоємності порівняно з твердими металевими листами. Безперервне надходження енергії від CW-лазера спричиняє швидке накопичення тепла в зоні різання-перевищуючи температуру плавлення матеріалу-перш ніж воно зможе дифундувати в об’ємний матеріал.
Характеристики матеріалу: Титан і нікель є реактивними металами, причому титан має високу спорідненість до кисню та азоту. При високих температурах зрізані краї піддаються окисленню та азотуванню, утворюючи тверді та крихкі шари з’єднання. Це супроводжується повторним-твердінням розплавленого матеріалу, що руйнує початкову структуру волокна та пористість.
2. Рішення: технологічний стрибок від «безперервного» до «імпульсного»
Основний принцип полягає в тому, щоб зменшити загальне надходження тепла та забезпечити достатній «час охолодження» для матеріалу. Це в основному досягається за допомогою двох ключових технологій:
►1. Використання імпульсних волоконних лазерів – основне рішення
На відміну від лазерів безперервної -хвилі, імпульсні лазери випромінюють «лазерні імпульси» на дуже високих частотах і надзвичайно короткій тривалості (наносекундний, пікосекундний або навіть фемтосекундний рівень). Кожен імпульс створює крихітну точку абляції або випаровування, тоді як протягом інтервалу між імпульсами матеріал достатньо охолоджується.
►2. Оптимізація допоміжного газу – незамінний синергічний елемент
Допоміжний газ відіграє подвійну роль у лазерному різанні: викидає розплавлений матеріал і бере участь у хімічних реакціях. Вибір газу особливо важливий для матеріалів, -схильних до окислення, таких як титан і нікелевий фетр.
Бажаний вибір: інертні гази високої-чистоти (наприклад, аргон, аргон)
Функція: Створює захисну атмосферу, ефективно ізолюючи зрізаний край від кисню та азоту, щоб запобігти хімічним реакціям при високих температурах. Водночас високо-потік газу швидко видаляє випарований або мінімально розплавлений матеріал із пропилу, запобігаючи його повторному-осадженню та твердненню на краях волокна.
Використовуйте з обережністю: кисень/стиснене повітря
У той час як кисневе різання вуглецевої сталі збільшує швидкість через екзотермічну реакцію, для титану та нікелю воно викликає сильне окислення кромки зрізу, утворюючи товстий, крихкий шар оксиду, що супроводжується значним плавленням, і цього слід суворо уникати.
3. Контроль ключових параметрів процесу: досягнення точності «мікрохірургія»
Навіть з імпульсним лазером та інертним газом налаштування параметрів є останнім кроком, що визначає успіх.
►Пікова потужність і частота імпульсів: вища пікова потужність забезпечує ефективне випаровування матеріалу, тоді як відповідна частота імпульсів (не обов’язково вища, тим краще) має відповідати швидкості різання, щоб забезпечити достатній час охолодження для кожного імпульсу.
►Швидкість різання: надто низька швидкість призводить до надмірного надходження тепла; надто швидка може призвести до неповних порізів або шорстких країв. Мета полягає в тому, щоб використовувати максимально можливу швидкість, забезпечуючи повне проникнення.
►Фокусне положення: точно вирівняйте фокус на поверхні матеріалу або трохи всередині, щоб досягти найменшого діаметра плями та найвищої щільності енергії для більш тонкого різання.
►Швидкість потоку сопла та газу: виберіть відповідний діаметр сопла та забезпечте достатній стабільний потік інертного газу високої-чистоти для створення ефективної захисної завіси та ефективної можливості викиду.
