Os princípios básicos do corte a laser de CO2
máquina de corte a laser CO2 usa laser de CO2 como fonte de corte. O feixe de laser gerado pelo gerador de laser de CO2 é focado na superfície do material de corte por meio de um sistema óptico para atingir concentração de feixe de laser de alta temperatura e alta energia. O feixe de laser interage com a superfície do material, e o material derrete ou vaporiza em altas temperaturas para formar uma incisão. A potência do laser é um dos principais fatores no processo de corte, que determina a saída de energia do feixe de laser, afetando assim a velocidade e a profundidade do corte. A incisão durante o corte a laser de CO2 é muito estreita e suave, o que é adequado para processamento de alta precisão de uma variedade de materiais, como metal, madeira e plástico.
Descrição do princípio de funcionamento do corte a laser de CO2
- Excitação do gás CO2: Em geradores de laser de CO2, a energia elétrica é usada para excitar moléculas de CO2 em um estado de alta energia. Essa excitação é geralmente obtida por descarga elétrica.
- Geração de fótons: Quando as moléculas de CO2 excitadas retornam ao estado fundamental, elas liberam fótons. Devido ao sistema de espelho na cavidade do laser, esses fótons são repetidamente refletidos na cavidade, formando um efeito de amplificação de luz e, finalmente, produzindo um feixe de laser de alta intensidade.
- Saída do feixe: O feixe de laser é guiado para fora da cavidade do laser através de um espelho parcialmente transmissivo e é posteriormente focado em um feixe de alta densidade de energia através de uma série de lentes ópticas e lentes.
- Foco e corte: O feixe de laser focado forma uma área de alta temperatura na superfície do material, fazendo com que o material derreta ou vaporize rapidamente. A cabeça de corte é geralmente equipada com um gás auxiliar (como oxigênio ou nitrogênio) para soprar o material fundido para formar um corte preciso na peça de trabalho.
Visão geral do processo de corte e sua relação com a potência do laser
- Velocidade de corte: Quanto maior a potência do laser, mais rápida a velocidade de corte. Maior potência permite que o laser derreta mais material em menos tempo, melhorando assim a eficiência da produção. No entanto, se a potência for muito alta, pode causar superaquecimento da superfície do material e afetar a qualidade do corte.
- Profundidade de corte: A potência do laser é proporcional à profundidade de corte. Maior potência do laser permite cortes mais profundos, mas isso também pode aumentar a zona afetada pelo calor na aresta de corte, causando deformação ou escória na aresta.
- Qualidade de corte: A configuração de potência do laser precisa corresponder às características do material. Para materiais finos, menor potência do laser pode garantir a suavidade e precisão da aresta de corte; para materiais grossos, maior potência é necessária para garantir a integridade do corte.
Compreendendo o poder de corte a laser
Definição de Potência de Corte a Laser
Relação entre potência do laser, velocidade e espessura do material
- Potência do laser e espessura do material: Quanto mais espesso o material, maior a potência do laser necessária para garantir que o feixe de laser possa penetrar toda a espessura do material. Para materiais finos, usar uma potência muito alta pode causar derretimento excessivo do material ou bordas queimadas, então configurações de potência média e baixa são geralmente selecionadas. Para materiais grossos, se a potência for insuficiente, o feixe de laser pode não ser capaz de cortar completamente o material, resultando em corte com falha ou incompleto.
- Espessura do material e velocidade de corte: Para materiais mais espessos, geralmente é necessário reduzir a velocidade de corte para garantir que o feixe de laser tenha tempo suficiente para penetrar na espessura do material e fazer um corte completo. Por outro lado, para materiais mais finos, a velocidade de corte pode ser aumentada, mas é necessário garantir que a potência do laser seja apropriada para evitar o superaquecimento do material ou o corte incompleto.
Fatores que afetam a seleção da potência de corte a laser
Tipo de material e espessura
- Materiais metálicos: Metais geralmente têm uma refletividade maior para o feixe de laser, especialmente materiais como alumínio e cobre. Portanto, esses materiais geralmente requerem maior potência do laser para obter um corte eficaz. Além disso, materiais como aço e aço inoxidável também requerem maior potência para garantir precisão e velocidade de corte devido aos seus pontos de fusão e densidades mais altos.
- Materiais não metálicos: como madeira, acrílico, plástico, etc., geralmente têm uma taxa de absorção maior para o laser, então podem ser cortados com menor potência de laser. No entanto, esses materiais são fáceis de queimar ou derreter, então, ao escolher a potência, a sensibilidade térmica do material precisa ser considerada.
Requisitos de velocidade de corte
No entanto, o requisito de velocidade de corte não depende apenas da eficiência da produção, mas também precisa corresponder às características e espessura do material. Se a velocidade de corte for muito rápida, o laser pode não ter tempo suficiente para cortar completamente o material, resultando em bordas de corte ásperas ou corte incompleto. Pelo contrário, embora a velocidade de corte seja muito lenta, ela pode garantir a qualidade do corte, mas reduzirá a eficiência da produção. Portanto, ao definir a velocidade de corte, a potência do laser deve ser ajustada de acordo com o tipo e a espessura do material para encontrar o melhor equilíbrio entre velocidade e potência.
Qualidade de corte necessária
- Suavidade e precisão: Maior potência do laser pode derreter o material mais rapidamente e reduzir a zona afetada pelo calor do material, resultando em bordas de corte mais suaves e maior precisão. No entanto, potência muito alta pode causar derretimento excessivo da borda de corte, afetando a suavidade.
- Clareza de borda: Para algumas aplicações, como componentes eletrônicos de alta precisão ou processamento de peças mecânicas de precisão, bordas de corte muito claras e sem rebarbas são necessárias. Neste caso, pode ser necessário controlar precisamente a potência do laser para garantir que a qualidade da borda de corte não se torne áspera ou irregular devido à temperatura excessiva.
Capacidades da máquina e configuração da lente
A configuração da lente também é um dos fatores importantes que afetam a seleção da potência do laser. A distância focal e a qualidade da lente de foco determinam a capacidade de foco do feixe de laser, o que afeta a precisão e a profundidade do corte. Lentes com distâncias focais mais curtas são adequadas para cortar materiais mais finos e podem fornecer maior precisão de foco, mas a potência pode precisar ser ligeiramente ajustada. Por outro lado, lentes com distâncias focais mais longas são adequadas para cortar materiais mais espessos e podem fornecer cortes mais profundos, mas maior potência do laser pode ser necessária para manter a qualidade do corte.
Em aplicações reais, as capacidades da máquina e as configurações das lentes determinam a faixa disponível de potência do laser. Os operadores precisam ajustar razoavelmente a potência do laser de acordo com a configuração específica da máquina para garantir que o efeito de corte atinja o melhor nível.
Guia de seleção de energia para diferentes materiais
Metal
Não metálico: Acrílico
- Acrílico fino (5-12 mm): Bordas de corte suaves geralmente podem ser obtidas usando um gerador de laser de baixa potência (60 W-80 W). Menor potência pode reduzir a deformação do material e a queima das bordas.
- Acrílico espesso (12-30 mm): Para acrílico mais espesso, é necessária uma potência um pouco maior (80 W-180 W), mas a potência ainda deve ser selecionada com cuidado para evitar o superaquecimento da borda, causando deformação do material ou escória.
Não-Metal: Madeira
- Madeira fina (5-12 mm): Um gerador de laser de CO2 de baixa potência (60 W-100 W) geralmente é suficiente para garantir precisão de corte e bordas suaves, evitando queimar a madeira.
- Madeira grossa (12-25 mm): Um gerador de laser de CO2 de potência média (100 W-180 W) é necessário para garantir a profundidade e a velocidade do corte. No entanto, a potência e a velocidade de corte ainda precisam ser controladas para evitar queima excessiva ou deformação da madeira.
Não metálico: plásticos
- Plásticos finos (5-9 mm): Normalmente, baixa potência (60 W-100 W) pode ser usada para um corte eficaz, e a qualidade do fio de corte é garantida para evitar derretimento ou deformação do material.
- Plásticos espessos (9-18 mm): é necessária uma potência um pouco maior (100 W-180 W), mas a velocidade de corte deve ser mais lenta para garantir o efeito de corte e, ao mesmo tempo, reduzir a geração de escória e a deformação da borda.
Materiais Compostos e Materiais Especiais
- Materiais compostos: Para materiais compostos multicamadas com espessura de no máximo 3 mm, máquinas de corte a laser de CO2 podem ser usadas para corte. Para materiais compostos mais espessos, equipamentos a laser de maior potência são recomendados.
- Materiais especiais: como cerâmica, fibra de carbono, etc., máquinas de corte a laser de CO2 são adequadas apenas para cortar materiais especiais muito finos (<2 mm). Para cortes de materiais especiais mais espessos ou difíceis, geralmente é necessário equipamento a laser de maior potência.
Testes e Experimentação para Seleção de Potência de Laser de CO2
Teste de materiais
Ajuste de Parâmetros de Corte
Verificação de repetibilidade
Teste de aplicação real
Considerações sobre segurança e custos
Calculando os requisitos de energia
Tipo de material e espessura
Velocidade de corte
Qualidade de corte
Potência necessária = espessura do material × velocidade de corte × coeficiente de propriedade do material.
Por meio de testes e ajustes, é possível encontrar a configuração de potência mais adequada para garantir um processo de corte eficiente e preciso.
Considerações práticas para selecionar a potência do laser de CO2
Influência de fatores ambientais
Manutenção e desgaste de equipamentos
Velocidade de corte e complexidade do caminho
Monitoramento e ajuste em tempo real
Considerações sobre segurança e custos
Resumo
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