در فناوری برش لیزری، حالت خروجی لیزر یکی از عوامل کلیدی است که مکانیسم پردازش و عملکرد برش را تعیین می کند. بر اساس توزیع زمانی خروجی انرژی لیزر، لیزرها عمدتاً به لیزرهای پیوسته و لیزرهای پالسی طبقه بندی می شوند. این دو نوع لیزر، ویژگی های کوپلینگ انرژی، رفتارهای تعامل حرارتی و سازگاری پردازش متفاوتی را در کاربردهای برش نشان می دهند.
I. ویژگی های لیزرهای پیوسته در کاربردهای برش
یک لیزر پیوسته به لیزری اطلاق می شود که یک پرتو لیزر پایدار را با توان ثابت در طول عملیات خروجی می دهد. انرژی لیزر به طور مداوم در طول زمان توزیع می شود و ماده در طول فرآیند برش تحت بار حرارتی ثابت باقی می ماند.
در حین برش، لیزر پیوسته به طور مداوم سطح ماده را گرم می کند و باعث افزایش سریع دما می شود. هنگامی که دما به نقطه ذوب یا نقطه تبخیر می رسد، یک حوضچه مذاب پایدار تشکیل می شود. با کمک گاز کمکی، مواد مذاب به طور موثر از شکاف خارج می شوند و جداسازی مداوم مواد را امکان پذیر می کنند.
به دلیل ورودی انرژی پایدار، برش لیزری پیوسته پایداری حوضچه مذاب و پیوستگی شکاف خوبی را فراهم می کند و آن را برای مسیرهای برش طولانی و پردازش کانتور پیچیده مناسب می کند. با این حال، ورودی حرارت پایدار نیز باعث انتشار حرارتی در داخل ماده می شود که منجر به یک ناحیه تحت تأثیر حرارت نسبتاً بزرگتر می شود. مناطق لبه ممکن است تغییر شکل حرارتی یا تغییرات ریزساختاری را تجربه کنند.
برش لیزری پیوسته به طور گسترده در پردازش فلزات با صفحات متوسط و ضخیم، مانند برش صنعتی فولاد کربنی، فولاد ضد زنگ و آلیاژهای آلومینیوم استفاده می شود. این به ویژه برای کاربردهایی با الزامات بالا برای راندمان برش و توان عملیاتی تولید مناسب است.
II. ویژگی های لیزرهای پالسی در کاربردهای برش
یک لیزر پالسی، پالس های لیزری با مدت زمان کوتاه و انرژی بالا را با یک فرکانس تکرار خاص خروجی می دهد. انرژی لیزر به طور متناوب در طول زمان توزیع می شود. هر پالس دارای مدت زمان بسیار کوتاهی است اما توان اوج بالایی دارد.
در کاربردهای برش، لیزرهای پالسی از طریق چگالی انرژی بالا و آنی بر سطح ماده عمل می کنند و باعث می شوند مناطق موضعی به سرعت ذوب یا تبخیر شوند. حذف مواد به تدریج از طریق سوپرپوزیشن پالس به پالس انجام می شود و فرآیند برش به عنوان تجمع مداوم حذف مواد در مقیاس میکرو ظاهر می شود.
از آنجایی که زمان تعامل هر پالس بسیار کوتاه است، گرما زمان کافی برای انتشار به مناطق اطراف را ندارد. در نتیجه، برش لیزری پالسی یک ناحیه تحت تأثیر حرارت کوچکتر تولید می کند و تأثیر محدودی بر ریزساختار مواد و مورفولوژی لبه دارد. این ویژگی مزایای واضحی را در برش دقیق و پردازش مواد حساس به حرارت ارائه می دهد.
لیزرهای پالسی معمولاً برای ورق های فلزی نازک، اجزای دقیق، ریز سوراخ ها و پردازش شکاف های باریک استفاده می شوند. آنها همچنین برای مواد با انعکاس بالا یا کاربردهایی با الزامات سختگیرانه برای کیفیت لبه برش مناسب هستند.
III. تأثیر حالت تعامل انرژی بر عملکرد برش
تفاوت در عملکرد برش بین لیزرهای پیوسته و پالسی اساساً ناشی از تفاوت در توزیع زمانی و فضایی انرژی لیزر است. لیزرهای پیوسته بر ورودی انرژی پایدار و ذوب مداوم تأکید دارند و آنها را برای برش با راندمان بیشتر مناسب می کند. لیزرهای پالسی برای دستیابی به حذف دقیق مواد به توان اوج بالا متکی هستند و بر کنترل حرارتی و دقت ماشینکاری تأکید بیشتری دارند.
در فرآیندهای برش عملی، لیزرهای پیوسته معمولاً سرعت برش بالاتری را نشان می دهند و توانایی بیشتری برای پردازش صفحات ضخیم دارند، در حالی که لیزرهای پالسی مزایایی را در توانایی سوراخ کردن، کنترل کیفیت لبه و سرکوب اثرات حرارتی نشان می دهند.
IV. ملاحظات عملی برای انتخاب فرآیند برش
هنگام انتخاب بین لیزرهای پیوسته و پالسی برای کاربردهای برش، عواملی مانند ضخامت مواد، هدایت حرارتی، بازتابندگی و دقت پردازش مورد نیاز باید به طور جامع در نظر گرفته شوند. برای صفحات با فرمت بزرگ و خالی کردن قطعات ساختاری، لیزرهای پیوسته بیشتر با الزامات تولید صنعتی همسو هستند. برای ماشینکاری دقیق، برش مواد نازک یا پردازش مواد خاص، لیزرهای پالسی سازگاری فرآیند بهتری را ارائه می دهند.
در برخی از کاربردها، مدولاسیون توان لیزرهای پیوسته می تواند برای دستیابی به رفتار پردازش شبه پالسی به کار رود و امکان تعادل بین راندمان برش و کنترل اثر حرارتی را فراهم می کند.
لیزرهای پیوسته و لیزرهای پالسی نقش های فرآیند متفاوتی را در کاربردهای برش ایفا می کنند. آنها تفاوت های اساسی در ویژگی های خروجی انرژی، مکانیسم های تعامل مواد و محدوده های برش قابل اجرا نشان می دهند. درک روشنی از اصول کار هر دو نوع لیزر، همراه با الزامات پردازش خاص، برای دستیابی به کیفیت برش پایدار و بهبود راندمان کلی پردازش ضروری است.