Metalın lazer kəsilməsi adətən təqribən maraqlı olan dörd addımlı prosesə əsaslanır. Əvvəlcə lazer rezonatoru güclü şüa yaradır, bundan sonra həmin şüa CO2 qaz qarışıqları və ya xüsusi lif-optik kabel vasitəsi ilə gücləndirilir. Növbəti addımda baş verənlər isə xüsusilə təəccüblüdür. Dəqiqliyi çox yüksək olan linzalar şüanı insan saçı qalınlığından kiçik, təxminən 0,1 mm diametrliyə qədər sıxışdırır. Bu cür intensivliklərdə güc sıxlığı kvadrat santimetrə 10 milyon vattdan çox olur ki, bu da son araşdırmalara görə karbon poladı yarımmilisaniyədən az müddətdə əridə bilər. Kəsim işini tamamlamaq üçün oksigen və ya azot kimi köməkçi qazlar ərimiş metaldan xilas olur və bu da çox dar kəsimlər alınmasına imkan verir. Belə ki, 3 mm qalınlığında nömrəli polad vərəqlərdə belə kəsik eni təxminən 0,15 mm-ə qədər az ola bilər.
Dəqiqliyi və səmərəliliyi təmin etmək üçün beş əsas sistem birlikdə işləyir:
Bu inteqrasiya 1 mm qələvi polad üzərində kəsmə sürətini 60 m/dəq qədər artırır və ±0,05 mm toleransları saxlayır — bu, yüksək dəqiqlikli avtomobil və kosmik sənaye komponentləri üçün vacibdir.
Metal emalə istehsalında bu gün əsasən üç əsas lazer texnologiyası ilə işlənilir: CO2, lif və kristal əsaslı sistemlər. CO2 lazerləri qazla işlədikləri üçün qeyri-dəmir metalların daha qalın təbəqələrini kifayət qədər yaxşı emal edə bilir. Lif lazerləri nazik və orta qalınlıqda olan metal vərəqlərin işlənməsi üçün bazarın çox hissəsini ələ keçirib, çünki onlar optik liflər vasitəsilə diof işıqlarını gücləndirir. 2024-cü ilin Sənaye Lazer Hesabatının ən son rəqəmlərinə əsasən, lif lazerləri 3 mm-lik nömrəli poladı kəsmə sürəti CO2 sistemlərinin ənənəvi konfiqurasiyasına nisbətən təxminən ikiyə üç dəfə artırmağa qadir olur. Nd:YAG modelləri də daxil olmaqla kristal lazerlər titan kəsmə kimi çox müəyyən nişlərdə qalmışdır, lakin bu sistemlər artıq çox inkişaf etmir, əsasən ona görə ki, onların təmiri və saxlanması çox vaxt tələb edir.
Lif lazerlərinin ayırdedici üstünlükləri var:
| Performans Metrikası | Fiber lazer | Co2 lazer |
|---|---|---|
| Kəsmə sürəti (1mm polad) | 25 m/dəq | 8 m/dəq |
| Enerji xərcləri/Ay* | $1,200 | $3,500 |
| Qaz istehlakında kömək | 15% az | Standart |
*500kVt sistemi, 24/5 iş rejimi əsasında
20 mm-dən kiçik metalları emal edən istehsalçılara xidmət göstərən liflər, 18–24 ay ərzində investisiyanın qaytarılmasına nail olur, çünki istehlak materialları azalır və iş rejimi 94% təşkil edir (2024 Metal emalı iqtisadiyyatı araşdırması). Qarışıq materiallarla işləyən, akril və ya ağac emal edən müəssisələr üçün CO2 sistemləri hələ də sərfəlidir, lakin onlar metal kəsməyə görə 50–70% daha çox enerji istehlak edir.
Lazer kəsmə ən yaxşı nəticəni istiliyi bərabər şəkildə keçirən və lazer enerjisini proqnozlaşdırıla bilən sürətdə udan metallarla əldə edir. Bu kateqoriyaya paslanmayan polad, alüminium, yumşaq polad, latun və mis daxildir. Paslanmayan polad xüsusilə təmizliyin əhəmiyyətli olduğu tibbi cihazlar və qida emalı maşınlarında çox yayılmışdır, çünki o, tez paslanmır. Alüminiumun yüngül olması, onu avtomobillər və təyyarələr üçün əsas materiallardan birinə çevirib, çünki hər bir unsiyadan qənaət real performans artımına səbəb olur. Latun və mis lazerlə kəsmək üçün daha az yayılmışdır, lakin elektrik sistemlərində vacib funksiyalar yerinə yetirirlər, baxmayaraq ki, onlar baş ağrısı yaradır. Bu metallar lazer şüasını əks etdirir, buna görə də ətraf sahələri zədəlemədən təmiz kəsik almaq üçün operatorların xüsusi avadanlıq və texnikalardan istifadə etməsi lazımdır.
| فلز نوع | Tipik Kalinlik Diapazonu | Əsas istifadə sahələri |
|---|---|---|
| Paslanmayan polad | 0.5–25 mm | Tibbi cihazlar, qida emalı avadanlığı |
| Alüminium | 0.5–20 mm | Avtomobil paneli, istilik sinkləri |
| Qızıl | 0.5–8 mm | Dövrə lövhələri, istilik mübadiləsi aparatları |
Qızıl və latunla işləyərkən əsas problem onlardan 90%-dən çox infraqırmızı lazer enerjisinin əks olunmasıdır. Bu əks olunan enerji düzgün idarə edilmədikdə lazerə zərər də verə bilər. Bura fibber-lazerlər xilasına gəlir. Fibber-lazerlər daha qısa dalğa uzunluğunda – təxminən 1060 nanometrdə işləyir və adaptiv güc modulyasiyası adlı xüsusi funksiyaya malikdir ki, bu da prosesin idarə edilməsini asanlaşdırır. Məsələn, 2 mm qalınlığında qızıl lövhələrin kəsilməsini götürək. Bu proses kəsmə zamanı oksidləşməni dayandırmaq üçün 500 Hz-dən yüksək puls tezliyinə və azot qazı köməyinə ehtiyac duyur. Bu əlavə addımlar təxminən 15-20% əlavə enerji sərf etməklə bərabər, əksər istehsalçılar dəqiqlik səviyyəsini saxlamaq və qiymətli avadanlıqlarını qorumaq üçün bu kompromisə dəyər verirlər.
İşlənilən materialın qalınlığı kəsmə sürətinə və prosesdə istifadə olunan güccə böyük təsir göstərir. Məsələn, 5 mm yumşaq poladla işləyərkən dəqiqədə təxminən 8 metr sürət yaxşı nəticə verir. Lakin 20 mm qalınlığında poladla işlədikdə kənarların qeyri-bərabər olması qarşısını almaq üçün işçilər sürəti əhəmiyyətli dərəcədə azaltmalıdırlar, təxminən 1,2 m/dəq. İnsanlar tez-tez səth hazırlığına diqqət yetirmirlər. Pas ləkələri və ya bərabər olmayan örtüklər lazer şüasını yarım millimetrə qədər kənara apara bilər və bu da sonradan ölçülərin dəqiqliyinə mənfi təsir edər. İşə başlamazdan əvvəl örtüklü səthləri təmizləmək böyük fərq yaradır. Sənaye məlumatları bu sadə addımın kəsmənin bərabərliyini təxminən 30 faiz artırdığını və həmçinin sonrakı emalı çətinləşdirən cürbəcür yığılmasının azalmasına kömək etdiyini göstərir.
Fiber lazerlər, çətin materiallar kimi növləri - paslanmayan polad və alüminium vərəqləri - ətrafında 0.1 mm dəqiqliklə kəsmək şərtilə, ənənəvi CO2 sistemlərinin əldə edə bildiyi sürətin təxminən üç qat sürətində kəsə bilər. Bu cür lazerlərin arxasında duran bərk-hal quruluşu, enerji istehlak baxımından təxminən 30 faiz daha səmərəli işləməyə imkan verir. Bu səmərəlilik, materialın yanıb xarab olmasından əvvəl əriməsi ilə təmiz kəsiklərə çevrilir, həmçinin ətraf sahələrə təsir edən istilik çox azalır. Ölkədəki istehsalat sahələrindən gələn real rəqəmlərə baxdıqda, şirkətlər 25 mm qalınlığında olan metallardan hazırlanmış hər bir detaldan 18-22 sent qənaət etdiklərini bildirirlər. Bu gün çoxlu istehsal ehtiyacları üçün bəzi sahələr fiber lazer texnologiyasına keçid edərək bu texnologiyadan istifadə edirlər.
Avtomobil hissələrinin istehsalında tanınmış bir firma 2-dən 8 mm-ə qədər karbon polad vərəqlərlə işləmək üçün 6 kVt güclü lifli lazerlərə keçdikdən sonra şassi komponentlərinin istehsal vaxtını təxminən yarıya endirdi. Təəccüblü məqam odur ki, bu yeni sistemlər dross yığılmasının qarşısını alaraq təmiz kəsiklər əldə edildiyi üçün əlavə qabarğın təmizlənməsi işinə ehtiyac yoxa çıxdı. Səthin sonrakı işlənməsi təxminən Ra 3,2 mikron düzəldir ki, bu da olduqca hamar səthdir. Gərgin cədvəllərə əməl edən istehsalçılar üçün bu cür dəqiqlik böyük fərq yaradır, xüsusən də hər qramın hesablandığı və tolerantların çox incə olduğu elektrikli avtomobillər üçün tələblər daha da artır.
Təyyarəqurşağı şirkətləri son zamanlar qanad qəfəsləri və 7075-T6 ərintisindən hazırlanmış qanad hissələri kimi alüminium konstruksiya hissələri ilə işləyərkən daha çox lifli lazerlərə yönəliblər. Səbəbi nədədir? Çünki bu lazerlər təxminən 1070 nm dalğa uzunluğunda işləyir ki, bu da materialın reflektivliyi ilə bağlı problemləri azaldır. Bu o deməkdir ki, onlar 10 mm qalınlığında lövhələri dəqiq 15 metr dəqiqədə kəsə bilər və qalınlıq dəyişikliklərini 0,5% daxilində saxlaya bilər. Son tendensiyalara baxdıqda müəyyən edilmişdir ki, hazırkı təyyarə layihələrinin təxminən 9/10 hissəsində həqiqətən lazer kəsilmiş alüminium komponentlər var. Nəticə olaraq, təyyarə sənayesində standart olan AS9100 keyfiyyət tələblərini yerinə yetirmək üçün istehsalçılar üçün yaxşı lifli lazer sistemlərinə çıxış yolu olduqca vacibdir.
Azot, materialın korroziyaya qarşı müqavimətini saxlamaq üçün 12-20 bar təzyiq aralığında inert köməkçi qaz kimi xidmət edir. Belə olduqda oksidləşmə qarşısı alınır və təmiz kənarlar əmələ gəlir ki, bu da bu hissələri məsələn, tibbi cihazlar və ya qida emalı sənayesində istifadə olunan komponentlər üçün ideal edir. 6 mm qalınlığında 304 markalı nömrəli paslanmayan poladı nümunə götürək. 10-12 metr dəqiqədə 2kVt lifli lazer işlədikdə, istilik təsir zonası adətən 0.1mm-dən çox olmur. 2024-cü il Metal konstruksiyalar Hesabatında dərc olunan son araşdırmalara görə, oksigen əsaslı üsullardan azot köməyinə keçid əlavə bitirici xərcləri təxminən üçdə bir azalda bilər. Qeyd edilməli olan bəzi vacib parametrlər aşağıdakılardır:
Alüminiumun yüksək reflektivliyi (1µm dalğa uzunluğunda 85–92%) şüanın yönünü dəyişdirməmək üçün puls rejimli lazer tələb olunur. 4kVt lif lazeri 6061-T6 alüminiumun 8mm-ni 6–8 bar təzyiq altında hava istifadə edərək dəqiqədə 15 m sürətlə kəsə bilər. İstilik keçiriciliyini idarə etmək üçün:
Bu yanaşma ±0.05mm dəqiqliyini təmin edir ki, bu da avtomobil batareyası qabları kimi dəqiq komponentlər üçün əlverişlidir.
3 mm-dən çox karbon polad üçün oksigenlə köməkli kəsmə standartdır, burada ekzotermik reaksiya kəsmə sürətini 40% artırır. 10mm S355JR polad üçün 3kVt güc ilə sürət 8–10 m/dəq çata bilər. Bununla belə, artıq oksidləşmə kəsmənin alt hissəsində cüruf yarada bilər. Effektiv aradan qaldırma yolları aşağıdakılardır:
I-şin kimi struktur komponentlər üçün oksigen kəsməyə azot bitirmə keçidləri əlavə edən qovşaq üsullar ölçülərin dəqiqliyini və kənar keyfiyyətini təmin etmək üçün ISO 9013 standartlarına cavab verir.
Lazer kəsmə yüksək güclü lazer şüasından istifadə edərək materialı əriməyə, yandırmağa və ya buxarlandırmağa imkan verən dəqiq prosesdir.
Fiber lazerlər CO2 lazerlərinə nisbətən daha yüksək dəqiqlik, enerji səmərəliliyi və daha aşağı xidmət xərcləri təklif edir.
Nerjli polad, alüminium, yumşaq polad, latun və mis kimi metallar istilik keçiriciliyi və lazer enerjisini udma qabiliyyətləri səbəbindən lazer kəsməyə uyğundur.
Materialın qalınlığı kəsmə sürətinə və enerji istehlakına təsir edir. Qalın materiallar kənar deformasiyasını maneət deyərək daha yavaş kəsmə sürəti tələb edir.
EN
Hot News
