Các khuyến nghị công nghiệp về cắt xung cho tấm nhôm

Đối với việc cắt nhôm bằng laser sợi quang xung, cốt lõi là phải kiểm soát chính xác đầu ra xung của laser (tần số, chu kỳ làm việc, v.v.) và làm nóng vật liệu một cách gián đoạn để tối ưu hóa lượng nhiệt đầu vào, nhằm cân bằng chất lượng cắt và hiệu quả trong điều kiện phản xạ và dẫn nhiệt cao của nhôm.

Các thông số quy trình chính và đề xuất tối ưu hóa

Dưới đây là các khuyến nghị về việc cắt tấm nhôm theo độ dày khác nhau, được tổng hợp từ các nghiên cứu học thuật:

Mục tiêu quy trình

Cắt chất lượng cao (giảm xỉ thừa, cải thiện độ hoàn thiện bề mặt sản phẩm)

• Độ dày áp dụng: độ dày trung bình (ví dụ: 4mm)
• Các khuyến nghị về thông số chính:
• Chế độ laser: Nên sử dụng chế độ xung.
• Khí phụ trợ: Nên sử dụng nitơ hoặc argon.
• Các điểm chính: tăng áp suất khí phụ trợ để tăng lực thổi xỉ; kiểm soát lượng nhiệt laser đầu vào để tránh hiện tượng nóng chảy quá mức.

Cắt tấm dày hiệu quả cao (theo đuổi tốc độ hoặc cắt tấm dày)

• Độ dày áp dụng: tấm thép trung bình và dày (ví dụ: 10-15mm)
• Các khuyến nghị về thông số chính:
• Chế độ laser: có thể sử dụng sóng liên tục hoặc xung chu kỳ làm việc cao.
• Khí phụ trợ: có thể thử dùng oxy.
• Những điểm chính: Phản ứng tỏa nhiệt của oxy có thể làm tăng năng lượng và cải thiện khả năng cắt các tấm dày; nhưng mặt cắt sẽ bị oxy hóa và trở nên thô ráp, cần phải xử lý tiếp theo.

Cắt tấm/cắt chính xác cao (được sử dụng trong các lĩnh vực đòi hỏi độ chính xác cao như hàng không vũ trụ)

• Độ dày áp dụng: tấm mỏng (ví dụ: 0,5-2mm)
• Các khuyến nghị về thông số chính:
• Chế độ laser: Nên sử dụng chế độ xung tần số cao.
• Khí phụ trợ: Nên sử dụng nitơ.
• Các điểm chính: sử dụng tốc độ cắt cao hơn và áp suất phụ trợ thích hợp; kiểm soát lượng nhiệt đầu vào để giảm vùng ảnh hưởng nhiệt (có thể kiểm soát ở mức dưới 20 m).

Thông số tham khảo chung về chất lượng cao (ví dụ: hợp kim nhôm 2219 dày 4mm)

Để đạt được tiêu chí cắt cấp 1 (ít xỉ bám và độ nhám thấp), một nghiên cứu đã chỉ ra rằng phạm vi thông số tối ưu là:

• Công suất laser: >4,5 kW
• Tốc độ cắt: 3-4 m/phút
• Áp suất không khí phụ trợ: 1,3 MPa

Những thách thức cốt lõi và giải pháp mục tiêu

Các thách thức và giải pháp chính trong gia công nhôm như sau:

1. Độ phản xạ cao

• Thách thức: Nhôm có khả năng phản xạ mạnh tia laser, đặc biệt là laser sợi quang cận hồng ngoại, và hiệu suất năng lượng thấp.
• Giải pháp: Sử dụng laser có cơ chế “chống phản xạ”; sử dụng xung năng lượng cao để phá vỡ vật liệu ở giai đoạn cắt ban đầu, và độ phản xạ sẽ giảm sau khi lỗ ban đầu được tạo thành.

2. Dẫn nhiệt nhanh và dễ dàng loại bỏ xỉ.

• Thách thức: Nhiệt tản ra nhanh chóng, và kim loại nóng chảy ở đáy vết cắt ngưng tụ tạo thành xỉ rất khó loại bỏ.
• Giải pháp: So với laser liên tục, laser xung có thể kiểm soát lượng nhiệt đầu vào chính xác hơn; Tăng áp suất khí phụ trợ (ví dụ: ≥ 1,3MPa), cải thiện lực cắt của luồng khí để thổi bay xỉ; Tối ưu hóa vị trí hội tụ, thường là bên dưới bề mặt tấm.

3. Chất lượng mặt cắt và các yêu cầu quy trình tiếp theo

• Thách thức: Phần cắt sẽ tạo thành một lớp nóng chảy lại. Nếu cần hàn tiếp, điều này sẽ ảnh hưởng đến độ rỗ của mối hàn.
• Giải pháp: Nếu cần hàn sau khi cắt, quy trình phải được kiểm soát chặt chẽ, và độ dày của lớp nóng chảy lại sau khi cắt phải được kiểm soát dưới 136μm để giảm thiểu hiệu quả độ rỗ của mối hàn.

Danh sách các điểm chính của hoạt động công nghiệp

• Lựa chọn khí đốt:Để đạt được chất lượng cắt không bị oxy hóa cao (đặc biệt là nhu cầu hàn sau đó), cần ưu tiên sử dụng nitơ hoặc argon có độ tinh khiết cao. Có thể xem xét sử dụng oxy khi cần độ dày và tốc độ cắt cao và hiện tượng oxy hóa mặt cắt không phải là vấn đề.
• Trình tự gỡ lỗi tham số:Nên cố định các biến số khác và gỡ lỗi theo thứ tự sau: vị trí lấy nét → loại và áp suất khí phụ trợ → công suất laser → tốc độ cắt → thông số xung (nếu sử dụng chế độ xung).
• Trang thiết bị và an toàn:Để đảm bảo laser có khả năng xử lý các vật liệu có độ phản xạ cao; Khi cắt tấm nhôm, tia lửa bắn ra sẽ mạnh hơn. Cần đảm bảo hệ thống hút bụi hoạt động hiệu quả và thiết bị cũng như người lao động được bảo vệ.
• Cắt thử và kiểm tra:Phải tiến hành cắt thử trước khi cắt chính thức. Để kiểm tra chất lượng, vui lòng tham khảo: quan sát trực quan xỉ bám ở đáy; đo độ nhám bề mặt bằng phương pháp tiếp xúc; đo độ dày lớp nóng chảy lại bằng kính hiển vi (nếu có yêu cầu cao).

Tóm tắt và các khuyến nghị cuối cùng

Cốt lõi của việc cắt tấm nhôm bằng laser sợi quang xung là...“Kiểm soát nhiệt độ chính xác”Chúng tôi khuyến nghị nên đi theo con đường sau:

1. Xác định rõ thứ tự ưu tiên:Trước tiên, hãy xác định xem mục tiêu chính của bạn là chất lượng sản phẩm, hiệu quả cắt hay hiệu suất hàn sau đó.

2. Theo độ dày của các thông số chính:Dựa vào bảng trước đó, theo độ dày tấm nhôm và mức độ ưu tiên của bạn, hãy xác định chế độ laser và loại khí sơ bộ.

3. Gỡ lỗi và kiểm tra chi tiết:Việc hiệu chỉnh chi tiết được thực hiện xung quanh áp suất khí phụ trợ và tốc độ cắt, và việc kiểm tra cắt thử được tiến hành nghiêm ngặt.