लेझर कटिंग आणि त्याची प्रक्रिया प्रणाली

लेझर कटिंगअर्ज

वेगवान अक्षीय प्रवाही CO2 लेझर्सचा वापर प्रामुख्याने त्यांच्या चांगल्या बीम गुणवत्तेमुळे धातूंच्या लेझर कटिंगसाठी केला जातो. जरी बहुतेक धातूंची CO2 लेझर बीमसाठी परावर्तकता बरीच जास्त असली तरी, सामान्य तापमानावर धातूच्या पृष्ठभागाची परावर्तकता तापमान आणि ऑक्सिडेशनच्या प्रमाणानुसार वाढते. एकदा धातूचा पृष्ठभाग खराब झाला की, धातूची परावर्तकता १ च्या जवळपास पोहोचते. धातूच्या लेझर कटिंगसाठी, जास्त सरासरी शक्ती आवश्यक असते आणि केवळ उच्च-शक्तीच्या CO2 लेझर्समध्येच ही अट पूर्ण होते.

१. स्टीलच्या वस्तूंचे लेझर कटिंग

१.१ CO2 सतत लेझर कटिंग CO2 सतत लेझर कटिंगच्या मुख्य प्रक्रिया पॅरामीटर्समध्ये लेझर पॉवर, सहाय्यक वायूचा प्रकार आणि दाब, कटिंग गती, फोकल स्थिती, फोकल खोली आणि नोझलची उंची यांचा समावेश होतो.

(1) लेझर पॉवर: कापण्याची जाडी, कापण्याचा वेग आणि छेदाची रुंदी यांवर लेझर पॉवरचा मोठा प्रभाव असतो. जेव्हा इतर पॅरामीटर्स स्थिर असतात, तेव्हा कटिंग प्लेटची जाडी वाढल्यास कापण्याचा वेग कमी होतो आणि लेझर पॉवर वाढल्यास तो वाढतो. दुसऱ्या शब्दांत सांगायचे झाल्यास, लेझर पॉवर जितकी जास्त असेल, तितकी जाड प्लेट कापता येते, कापण्याचा वेग जास्त असतो आणि छेदाची रुंदी थोडी जास्त असते.

(२) सहाय्यक वायूचा प्रकार आणि दाब: कमी कार्बन स्टील कापताना, लोह-ऑक्सिजन ज्वलन अभिक्रियेच्या उष्णतेचा उपयोग करून कापण्याच्या प्रक्रियेला गती देण्यासाठी CO2 हा सहाय्यक वायू म्हणून वापरला जातो. यामुळे कापण्याचा वेग जास्त असतो आणि कापलेल्या भागाची गुणवत्ता चांगली असते, विशेषतः चिकट स्लग नसलेला कापलेला भाग मिळवता येतो. स्टेनलेस स्टील कापताना CO2 वापरला जातो. कापलेल्या भागाच्या खालच्या बाजूला स्लग सहज चिकटतो. यासाठी अनेकदा CO2 + N2 मिश्रित वायू किंवा दुहेरी-स्तरीय वायू प्रवाह वापरला जातो. सहाय्यक वायूच्या दाबाचा कापण्याच्या परिणामावर महत्त्वपूर्ण प्रभाव पडतो. वायूचा दाब योग्यरित्या वाढवल्यास, वायू प्रवाहाची गती वाढते आणि स्लग काढण्याची क्षमता सुधारते, ज्यामुळे चिकट स्लगशिवाय कापण्याचा वेग वाढू शकतो. तथापि, दाब खूप जास्त असल्यास, कापलेला पृष्ठभाग खडबडीत होतो. कापलेल्या पृष्ठभागाच्या सरासरी खडबडीतपणावर ऑक्सिजनच्या दाबाचा होणारा परिणाम खालील आकृतीत दर्शविला आहे.

शरीराचा दाब प्लेटच्या जाडीवर देखील अवलंबून असतो. 1kW CO2 लेसरने कमी कार्बन स्टील कापताना, ऑक्सिजनचा दाब आणि प्लेटची जाडी यांमधील संबंध खालील आकृतीत दाखवला आहे.

(3) कटिंग स्पीड: कटिंग स्पीडचा कटिंगच्या गुणवत्तेवर महत्त्वपूर्ण परिणाम होतो. लेझर पॉवरच्या विशिष्ट परिस्थितीत, कमी कार्बन स्टील कापताना चांगल्या कटिंग स्पीडसाठी संबंधित उच्च आणि निम्न क्रांतिक मूल्ये असतात. जर कटिंग स्पीड क्रांतिक मूल्यापेक्षा जास्त किंवा कमी असेल, तर स्लग चिकटण्याची (slag sticking) समस्या उद्भवते. जेव्हा कटिंग स्पीड कमी असतो, तेव्हा कटिंग एजवरील ऑक्सिडेशन प्रतिक्रियेच्या उष्णतेचा कार्यकाळ वाढतो, कटिंगची रुंदी वाढते आणि कापलेला पृष्ठभाग खडबडीत होतो. जसा कटिंग स्पीड वाढतो, तसा काप हळूहळू अरुंद होत जातो, जोपर्यंत वरच्या कापाची रुंदी स्पॉटच्या व्यासाइतकी होत नाही. यावेळी, काप किंचित पाचरीच्या आकाराचा असतो, जो वरच्या बाजूला रुंद आणि खालच्या बाजूला अरुंद असतो. जसा कटिंग स्पीड वाढत जातो, तशी वरच्या कापाची रुंदी आणखी कमी होत जाते, परंतु कापाचा खालचा भाग तुलनेने रुंद होतो आणि त्याला उलटा पाचरीचा आकार येतो.

(5) फोकसची खोली

फोकसच्या खोलीचा कापण्याच्या पृष्ठभागाच्या गुणवत्तेवर आणि कापण्याच्या गतीवर निश्चित परिणाम होतो. तुलनेने मोठ्या स्टील प्लेट्स कापताना, जास्त फोकल खोली असलेला बीम वापरावा; पातळ प्लेट्स कापताना, कमी फोकल खोली असलेला बीम वापरावा.

(6) नोझलची उंची

नोझलची उंची म्हणजे सहाय्यक वायू नोझलच्या शेवटच्या पृष्ठभागापासून वर्कपीसच्या वरच्या पृष्ठभागापर्यंतचे अंतर होय. नोझलची उंची जास्त असल्यास, बाहेर पडणाऱ्या सहाय्यक वायू प्रवाहाच्या गतीमध्ये सहजपणे चढ-उतार होतो, ज्यामुळे कटिंगच्या गुणवत्तेवर आणि वेगावर परिणाम होतो. म्हणून, लेझर कटिंग करताना, नोझलची उंची सामान्यतः कमीत कमी ठेवली जाते, जी सहसा ०.५ ते २.० मिमी असते.

① लेझर पैलू

अ. लेझरची शक्ती वाढवा. अधिक शक्तिशाली लेझर विकसित करणे हा कापण्याची जाडी वाढवण्याचा एक थेट आणि प्रभावी मार्ग आहे.

ब. पल्स प्रोसेसिंग. पल्स्ड लेझर्समध्ये खूप उच्च पीक पॉवर असते आणि ते जाड स्टील प्लेट्समधून आरपार जाऊ शकतात. उच्च-फ्रिक्वेन्सी, अरुंद-पल्स-रुंदीच्या पल्स लेझर कटिंग तंत्रज्ञानाचा वापर करून लेझर पॉवर न वाढवता जाड स्टील प्लेट्स कापता येतात आणि कापलेल्या भागाचा आकार कंटिन्युअस लेझर कटिंगपेक्षा लहान असतो.

क. नवीन लेझर वापरा

② ऑप्टिकल प्रणाली

अ. अ‍ॅडॅप्टिव्ह ऑप्टिकल सिस्टीम. पारंपरिक लेझर कटिंगपेक्षा यात फरक असा आहे की, यात कटिंग पृष्ठभागाच्या खाली फोकस ठेवण्याची गरज नसते. जेव्हा स्टील प्लेटच्या जाडीच्या दिशेने फोकसची स्थिती काही मिलिमीटर वर-खाली होते, तेव्हा अ‍ॅडॅप्टिव्ह ऑप्टिकल सिस्टीममधील फोकल लेन्थ फोकसच्या स्थितीतील या बदलासोबत बदलते. फोकल लेन्थमधील हे वर-खाली होणारे बदल लेझर आणि वर्कपीस यांच्यातील सापेक्ष गतीशी जुळतात, ज्यामुळे वर्कपीसच्या खोलीनुसार फोकसची स्थिती वर-खाली बदलते. बाह्य परिस्थितीनुसार फोकसची स्थिती बदलणाऱ्या या कटिंग प्रक्रियेमुळे उच्च-गुणवत्तेचे कट्स मिळू शकतात. या पद्धतीचा तोटा असा आहे की कटिंगची खोली मर्यादित असते, साधारणपणे ३० मिमी पेक्षा जास्त नसते.

ब. बायफोकल कटिंग तंत्रज्ञान. बीमला वेगवेगळ्या भागांवर दोनदा केंद्रित करण्यासाठी एका विशेष लेन्सचा वापर केला जातो. आकृती ४.५८ मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, D हा लेन्सच्या मध्य भागाचा व्यास आहे आणि हा लेन्सच्या कडेच्या भागाचा व्यास आहे. लेन्सच्या केंद्रातील वक्रतेची त्रिज्या सभोवतालच्या भागापेक्षा मोठी असते, ज्यामुळे दुहेरी फोकस तयार होतो. कटिंग प्रक्रियेदरम्यान, वरचा फोकस वर्कपीसच्या वरच्या पृष्ठभागावर असतो आणि खालचा फोकस वर्कपीसच्या खालच्या पृष्ठभागाजवळ असतो. या विशेष ड्युअल-फोकस लेझर कटिंग तंत्रज्ञानाचे अनेक फायदे आहेत. माइल्ड स्टील कापण्यासाठी, हे तंत्रज्ञान केवळ धातूच्या वरच्या पृष्ठभागावर उच्च-तीव्रतेचा लेझर बीम टिकवून ठेवत नाही, ज्यामुळे पदार्थाच्या प्रज्वलनासाठी आवश्यक परिस्थिती निर्माण होते, तर धातूच्या खालच्या पृष्ठभागाजवळही उच्च-तीव्रतेचा लेझर बीम टिकवून ठेवते, ज्यामुळे पदार्थाच्या जाडीच्या संपूर्ण श्रेणीमध्ये स्वच्छ कट तयार करण्याची आवश्यकता पूर्ण होते. हे तंत्रज्ञान उच्च-गुणवत्तेचे कट मिळवण्यासाठी पॅरामीटर्सची व्याप्ती वाढवते. उदाहरणार्थ, ३kW CO2 वापरून. लेझरच्या पारंपरिक पद्धतीत कापण्याची जाडी केवळ १५~२० मिमी पर्यंत पोहोचू शकते, तर ड्युअल फोकस कटिंग तंत्रज्ञानाचा वापर करून कापण्याची जाडी ३०~४० मिमी पर्यंत पोहोचू शकते.

③ नोझल आणि सहायक हवेचा प्रवाह

हवेच्या प्रवाहाच्या क्षेत्राची वैशिष्ट्ये सुधारण्यासाठी नोझलची रचना विचारपूर्वक करा. सुपरसॉनिक नोझलच्या आतील भिंतीचा व्यास प्रथम आकुंचन पावतो आणि नंतर विस्तारतो, ज्यामुळे आउटलेटवर सुपरसॉनिक हवेचा प्रवाह निर्माण होऊ शकतो. शॉक वेव्ह्स निर्माण न करता हवेचा पुरवठा दाब खूप जास्त असू शकतो. लेझर कटिंगसाठी सुपरसॉनिक नोझल वापरताना, कटिंगची गुणवत्ता देखील आदर्श असते. वर्कपीसच्या पृष्ठभागावरील सुपरसॉनिक नोझलचा कटिंग दाब तुलनेने स्थिर असल्यामुळे, ते विशेषतः जाड स्टील प्लेट्सच्या लेझर कटिंगसाठी योग्य आहे.