Принцип лазерной резки металла заключается в использовании лазерного луча в качестве источника тепла для облучения поверхности металлического материала, в результате чего температура поверхности металлического материала повышается до точки плавления (кипения). В то же время сопло распыляет режущий газ параллельно направлению излучения лазерного луча, расплавляя (испаряя) материал. Продувка (если режущий газ представляет собой активный газ, например кислород, режущий газ также вступает в реакцию с металлическим материалом, выделяя тепло окисления). Управляя устройством перемещения, режущая головка движется по заданному маршруту для резки заготовок различной формы.

В процессе лазерной резки металла плотность мощности падающего лазера различна, и изменения на поверхности металлического материала также различны. Вообще говоря, когда плотность мощности лазера на поверхности металлического материала достигает порядка 10 МВт/см², поверхность металлического материала быстро нагревается до точки кипения материала и сильно испаряется в пары металла. Когда плотность мощности лазера на поверхности металлического материала превышает порядка 100 МВт/см², пары металла, которые не удается вовремя разрядить, повторно нагреваются энергией лазера, образуя плазменное облако.

Большая часть плазменного облака, образующегося при лазерной резке металлических материалов, будет сдута режущим газом, а оставшаяся небольшая часть сформирует плазменное облако и повлияет на резку металла:

1) Облако плазмы остается на поверхности металлического материала, препятствуя передаче лазерной энергии и снижая скорость резки.

2) Облако плазмы, захваченное под соплом, не только изменит емкостную среду между соплом и металлическим материалом, но также нагреет сопло, повлияет на его емкостные рабочие параметры, повлияет на результаты обнаружения емкостного регулятора высоты и уменьшит последующие действия Точность управления влияет на эффект резки.

Возьмем в качестве примера лазер мощностью 2000 Вт, который в настоящее время широко используется на рынке. Если он используется с режущей головкой 100/125 (фокусное расстояние коллиматорной линзы/фокусное расстояние фокусирующей линзы), то при диаметре сердцевины пигтейла менее 40 мкм среднее значение Плотность мощности светового пятна при нулевом фокусе будет достигать порядка 100 МВт/см², особенно при резке тонких металлических пластин легче генерировать плазменные облака.

Чтобы решить эту проблему, следующий процесс резки может эффективно снизить влияние плазменного облака на процесс резки:

1. Примените импульсную резку. Метод импульсной резки может обеспечить пиковую мощность лазера, с одной стороны, и сократить время облучения лазером металлического материала, с другой стороны, уменьшая образование плазменного облака.

2. Соответствующим образом уменьшите мощность лазерной резки. Без изменения других условий снижение мощности резки может снизить среднюю плотность мощности в фокусе и уменьшить образование плазменных облаков. Например, при использовании одномодового лазера мощностью 2000 Вт для резки нержавеющей стали толщиной 1 мм при полной мощности и нулевой фокусировке скорость резки была не идеальной из-за влияния плазменного облака. Когда мощность резки была снижена до 1800 Вт, скорость резки увеличилась на 50%.

3. Соответствующим образом расширьте режущую прорезь. Расширение реза не только обеспечивает более широкий канал для распространения плазменного облака вниз, уменьшая влияние плазменного облака на резку, но также помогает ускорить выход шлака из реза и усиливает эффект резки.

4. Соответствующим образом уменьшите высоту стрижки. Высота резки не только напрямую определяет толщину плазменного облака между соплом и поверхностью металлического материала (чем короче расстояние, тем тоньше плазменное облако), но и чем ближе к режущему соплу, тем выше давление режущий газ выбрасывается из центра сопла (см. рисунок 2). Увеличение давления режущего воздуха помогает ускорить рассеивание плазменного облака под соплом и снижает экранирование падающего лазера плазменным облаком. Следовательно, с точки зрения обеспечения безопасности режущей головки, чем короче расстояние следования, тем лучше.

5. Используйте подходящую режущую насадку. Подходящее сопло может увеличить скорость потока газа без увеличения диаметра сопла и ускорить рассеивание облаков металлической плазмы.

6. Добавьте к режущей головке устройство боковой обдувки и устройство охлаждения сопла. Устройство бокового обдува используется для сдувания части плазменного облака и уменьшения скопления плазменного облака под соплом. Устройство охлаждения сопла позволяет уменьшить тепловое воздействие плазменного облака на сопло и избежать влияния на емкостные рабочие параметры сопла.

7. Используйте емкостный регулятор высоты с высокой частотой дискретизации. Емкостный контроллер высоты с высокой частотой дискретизации может не только обеспечить следующую точность, но также определять изменения в плазменном облаке под соплом, отслеживая изменения значения емкости. Контролируя изменения в плазменном облаке, станок может принимать такие меры, как замедление, пауза и импульсная резка. Чтобы уменьшить влияние плазменного облака на резку.