Trong công nghệ cắt laser, chế độ phát tia laser là một trong những yếu tố then chốt quyết định cơ chế gia công và hiệu suất cắt. Theo sự phân bố theo thời gian của năng lượng laser phát ra, laser chủ yếu được phân loại thành laser liên tục và laser xung. Hai loại laser này thể hiện các đặc tính ghép năng lượng, hành vi tương tác nhiệt và khả năng thích ứng với gia công khác nhau trong các ứng dụng cắt.
I. Đặc điểm của Laser Liên tục trong Ứng dụng Cắt
Laser liên tục đề cập đến một loại laser phát ra chùm tia laser ổn định ở công suất không đổi trong quá trình hoạt động. Năng lượng laser được phân bố liên tục theo thời gian và vật liệu vẫn ở dưới tải nhiệt không đổi trong suốt quá trình cắt.
Trong quá trình cắt, laser liên tục liên tục làm nóng bề mặt vật liệu, khiến nhiệt độ tăng nhanh. Khi nhiệt độ đạt đến điểm nóng chảy hoặc điểm hóa hơi, một vũng nóng chảy ổn định được hình thành. Với sự hỗ trợ của khí phụ trợ, vật liệu nóng chảy được đẩy ra khỏi rãnh cắt một cách hiệu quả, cho phép tách vật liệu liên tục.
Do đầu vào năng lượng ổn định, cắt laser liên tục mang lại độ ổn định của vũng nóng chảy và tính liên tục của rãnh cắt tốt, khiến nó phù hợp với các đường cắt dài và gia công đường viền phức tạp. Tuy nhiên, việc cung cấp nhiệt liên tục cũng gây ra sự khuếch tán nhiệt bên trong vật liệu, dẫn đến vùng ảnh hưởng nhiệt tương đối lớn hơn. Các vùng cạnh có thể bị biến dạng nhiệt hoặc thay đổi vi cấu trúc.
Cắt laser liên tục được sử dụng rộng rãi trong gia công kim loại tấm trung bình và dày, chẳng hạn như cắt công nghiệp thép carbon, thép không gỉ và hợp kim nhôm. Nó đặc biệt phù hợp với các ứng dụng có yêu cầu cao về hiệu quả cắt và thông lượng sản xuất.
II. Đặc điểm của Laser Xung trong Ứng dụng Cắt
Laser xung phát ra các xung laser năng lượng cao, thời gian ngắn ở tần số lặp lại cụ thể. Năng lượng laser được phân bố không liên tục theo thời gian. Mỗi xung có thời lượng cực kỳ ngắn nhưng công suất đỉnh cao.
Trong các ứng dụng cắt, laser xung tác động lên bề mặt vật liệu thông qua mật độ năng lượng cao tức thời, khiến các vùng cục bộ nóng chảy hoặc hóa hơi nhanh chóng. Việc loại bỏ vật liệu đạt được dần dần thông qua sự chồng chất xung theo xung và quá trình cắt biểu hiện là sự tích lũy liên tục của việc loại bỏ vật liệu ở quy mô vi mô.
Bởi vì thời gian tương tác của mỗi xung là rất ngắn, nhiệt không có đủ thời gian để khuếch tán vào các khu vực xung quanh. Kết quả là, cắt laser xung tạo ra vùng ảnh hưởng nhiệt nhỏ hơn và có tác động hạn chế đến vi cấu trúc vật liệu và hình thái cạnh. Đặc điểm này mang lại những lợi thế rõ ràng trong việc cắt chính xác và gia công các vật liệu nhạy cảm với nhiệt.
Laser xung thường được sử dụng cho các tấm kim loại mỏng, các bộ phận chính xác, các lỗ nhỏ và gia công rãnh cắt hẹp. Chúng cũng phù hợp với các vật liệu có độ phản xạ cao hoặc các ứng dụng có yêu cầu nghiêm ngặt về chất lượng cạnh cắt.
III. Ảnh hưởng của Chế độ Tương tác Năng lượng đến Hiệu suất Cắt
Sự khác biệt về hiệu suất cắt giữa laser liên tục và laser xung về cơ bản phát sinh từ sự khác biệt trong sự phân bố theo thời gian và không gian của năng lượng laser. Laser liên tục nhấn mạnh đầu vào năng lượng ổn định và nóng chảy liên tục, khiến chúng phù hợp hơn với việc cắt theo định hướng hiệu quả. Laser xung dựa vào công suất đỉnh cao để đạt được việc loại bỏ vật liệu chính xác, nhấn mạnh hơn vào việc kiểm soát nhiệt và độ chính xác gia công.
Trong các quy trình cắt thực tế, laser liên tục thường thể hiện tốc độ cắt cao hơn và khả năng gia công tấm dày hơn, trong khi laser xung cho thấy những lợi thế trong khả năng xuyên thấu, kiểm soát chất lượng cạnh và ngăn chặn các hiệu ứng nhiệt.
IV. Các Cân nhắc Thực tế khi Lựa chọn Quy trình Cắt
Khi lựa chọn giữa laser liên tục và laser xung cho các ứng dụng cắt, các yếu tố như độ dày vật liệu, độ dẫn nhiệt, độ phản xạ và độ chính xác gia công cần thiết phải được xem xét một cách toàn diện. Đối với các tấm khổ lớn và phôi bộ phận kết cấu, laser liên tục phù hợp hơn với các yêu cầu sản xuất công nghiệp. Đối với gia công chính xác, cắt vật liệu mỏng hoặc gia công vật liệu đặc biệt, laser xung mang lại khả năng thích ứng quy trình tốt hơn.
Trong một số ứng dụng nhất định, việc điều chế công suất của laser liên tục có thể được sử dụng để đạt được hành vi gia công gần xung, cho phép cân bằng giữa hiệu quả cắt và kiểm soát hiệu ứng nhiệt.
Laser liên tục và laser xung đóng các vai trò quy trình khác nhau trong các ứng dụng cắt. Chúng thể hiện những khác biệt cơ bản về đặc tính phát năng lượng, cơ chế tương tác vật liệu và phạm vi cắt áp dụng. Việc hiểu rõ các nguyên tắc làm việc của cả hai loại laser, kết hợp với các yêu cầu gia công cụ thể, là điều cần thiết để đạt được chất lượng cắt ổn định và cải thiện hiệu quả gia công tổng thể.