¿Qué es un láser?
“El láser corta el hierro como si fuera barro”, esta afirmación no es exagerada.
Veamos el láser con más detalle.
¿Qué es un láser?
Un láser es un tipo de luz mejorada producida mediante radiación estimulada.
Sus principales características incluyen:
- Alta intensidad y alto brillo.
- Determinación de frecuencia de longitud de onda, buen monocromático.
- Buena coherencia y larga duración de coherencia.
- Buena direccionalidad, es casi mucha luz paralela.
Cuando el rayo láser se dirige a la superficie de la pieza, la energía luminosa se absorbe y se transforma en energía térmica.
Esto hace que la temperatura en el punto de irradiación aumente rápidamente, se funda y se vaporice, formando un pequeño hoyo.
El metal alrededor del pozo se funde debido a la difusión térmica. El vapor en el pequeño pozo se expande rápidamente, provocando una microexplosión, y el material fundido es expulsado a gran velocidad, generando una onda antichoque altamente direccional.
Esto da como resultado la formación de un agujero con un lado superior grande y un lado inferior pequeño en la superficie a procesar.
Comparación de luz ordinaria y láser:
La generación láser
Gas generador láser
La generación de gas por láser es diferente del gas de corte.
Composición del gas generador de láser:
- N 2 : La energía generada por el generador de RF primero excita el N 2 provocando que esté en un estado de transición.
- CO 2 : N 2 en el estado de transición excitará el C0 2, lo que provoca que el CO 2 haga la transición y libere el láser.
- Éste: Absorbe CO 2 y el exceso de energía, enfría el sistema y lo transforma en calor.
La relación proporcional entre los tres gases mencionados anteriormente es:
N 2 :CO 2 :Él = 1:4:5
¿Qué es el corte por láser de fibra?
El corte por láser de fibra es un método de corte en caliente que utiliza un rayo láser enfocado de alta densidad de potencia como fuente principal de calor. Esto hace que los materiales irradiados se derritan, se evaporen, desaparezcan rápidamente o alcancen el punto de ignición.
Al mismo tiempo, el uso de un flujo de aire de alta velocidad coaxial con el rayo láser ayuda a eliminar el material fundido, lo que permite cortar la pieza.
En los últimos años, la tecnología detrás de los generadores láser de fibra de alta potencia ha madurado y mejorado, lo que ha dado lugar a una gama de aplicaciones en constante expansión.
La máquina cortadora por láser de fibra se ha convertido en un foco popular de investigación y desarrollo industrial.
En el ámbito del corte de láminas finas, los generadores de láser de fibra están reemplazando gradualmente a los láseres tradicionales de CO2 y YAG por varias razones:
(1) Menor costo:
La eficiencia de conversión fotoeléctrica de los láseres de fibra es de aproximadamente el 30%, mientras que la eficiencia de conversión fotoeléctrica de los láseres de CO2 es del 6 al 10% y la eficiencia de conversión fotoeléctrica de los láseres YAG es solo del 3%. Además, los generadores de láser de fibra no tienen partes vulnerables, por lo que no hay costos asociados con el mantenimiento tardío.
(2) Diseño compacto y flexible:
Los láseres de fibra son pequeños, livianos y ofrecen una posición de trabajo flexible y móvil.
(3) Mejor calidad de corte:
El uso de un sistema de guía de luz flexible en láseres de fibra y una distancia de transmisión del haz constante evita una mala calidad de corte causada por cambios en la longitud de la trayectoria de la luz de los generadores de láser de CO2.
Esto garantiza una calidad de corte constante en todo el ancho de corte, lo que lo hace ideal para sistemas de procesamiento láser de gran formato.
(4) Ahorro de costos:
El haz de un láser de fibra viaja a lo largo de una fibra óptica, por lo que no hay necesidad de un sistema externo de trayectoria de luz reflejada, lo que ahorra el costo de lentes reflectantes y protectores de órganos.
Tampoco hay necesidad de ajustes externos del camino óptico, lo que reduce el riesgo de contaminación del camino óptico por suciedad y reduce el peso de las piezas móviles.
(5) Mejor rendimiento para el corte de metales:
La longitud de onda de un láser de fibra es de 1,06 μm, que los materiales metálicos absorben más fácilmente en comparación con la longitud de onda del CO2 (10,6 μm).
Esto es especialmente beneficioso para cortar chapa, con velocidades de corte de 2 a 4 veces más rápidas que el CO2.
Los láseres de fibra también tienen un mejor efecto de corte para materiales altamente reflectantes como aleaciones de aluminio, aleaciones de cobre y aleaciones de cobre.
Vea también:
- Conceptos básicos del corte por láser: conocimientos que debe conocer
Proceso de corte por láser de fibra.
(1) lente
(2) el rayo láser
(3) flujo de aire
(4) la línea
(5) material fundido
(6) superficie de corte
(7) boquilla
(8) dirección de corte
A: altura vacía
B: altura de punción
C: altura de corte
T: Espesor de la hoja
La primera máquina de corte por láser del mundo se inventó en la década de 1970. Durante los últimos treinta años, la aplicación de las máquinas de corte por láser se ha ampliado continuamente y la tecnología ha mejorado constantemente.
Muchas empresas ahora fabrican varios tipos de máquinas de corte por láser para satisfacer la demanda del mercado, incluidas máquinas de corte por láser de placas 2D, máquinas de corte por láser de curvas espaciales 3D y máquinas de corte por láser de tubos.
Algunas de las principales empresas de máquinas de corte por láser incluyen: Trumpf (Alemania), Prima (Italia), Bystronic (Suiza), Amada (Japón), MAZAK (Japón), NTC (Japón) y HGLaserLab (Australia).
Se encuentra disponible como referencia una lista de los principales fabricantes de máquinas de corte por láser de todo el mundo.
El equipo de corte por láser de fibra puede cortar eficazmente acero inoxidable de menos de 4 mm de espesor. Si se le añade oxígeno, puede incluso cortar acero inoxidable con un espesor de entre 8 y 10 mm mediante un rayo láser.
Sin embargo, cuando se utiliza oxígeno, se forma una fina película de óxido en la superficie de corte. El espesor máximo de corte se puede aumentar a 16 mm, pero la tolerancia de tamaño de la pieza cortada aumenta.
Aunque el equipo de corte por láser de fibra es caro, sigue siendo económicamente viable para grandes tiradas de producción debido al menor coste del procesamiento posterior.
Además, como no hay costes de herramientas, los equipos de corte por láser también son adecuados para pequeños lotes de piezas que antes no eran procesables.
Los equipos de corte por láser de fibra suelen utilizar un sistema de control numérico por computadora (CNC). Con esta tecnología, los datos de corte se pueden recibir desde una estación de trabajo de diseño asistido por computadora (CAD).
Camino de la luz láser
El componente central ajusta la curvatura de la superficie de la lente mediante la presión del agua, modificando el ángulo de divergencia del rayo láser y permitiendo así el ajuste del movimiento hacia arriba y hacia abajo del foco láser.
Además, compensa los cambios de enfoque que se producen como resultado de la variación de los diámetros de los puntos en diferentes posiciones de trabajo de la máquina.
generador láser
- El rayo láser y la energía láser de alta calidad pueden lograr una regulación continua
- Utilizando tecnología RF, baja tasa de pérdida de gas.
cabezal de corte por láser de fibra
Posición de enfoque
En aplicaciones prácticas, la altura de enfoque varía según el material y la máquina de corte.
Selección de posición de enfoque
En el corte por láser, la posición del foco del láser tiene un gran impacto en la calidad del acabado superficial de las piezas cortadas, y diferentes materiales tienen diferentes requisitos de enfoque.
Por ejemplo, al cortar acero al carbono, la atención debe centrarse en la superficie superior de la lámina; al cortar acero inoxidable, el enfoque debe ser aproximadamente la mitad del espesor de la hoja; Al cortar una aleación de aluminio, el foco debe estar cerca de la superficie inferior de la placa.
En el caso de cortar una muestra de acero inoxidable de 2 mm como se muestra en la siguiente figura, la posición de enfoque debe estar entre 0,8 y 1,2 mm por debajo de la superficie de la placa.
Fig. Muestra de corte por láser
Durante el proceso de corte, la superficie irregular del material puede provocar cambios en la posición focal del láser, afectando así la calidad del corte.
Para resolver este problema, se coloca un sensor capacitivo altamente sensible en el cabezal de corte para proporcionar información en tiempo real sobre la distancia entre la boquilla y el panel al sistema CNC.
En base a esta retroalimentación, la altura del cabezal de corte se ajusta en tiempo real mediante un mecanismo de transmisión, creando un sistema de control de circuito cerrado con alta respuesta dinámica que ayuda a prevenir defectos causados por cambios en la posición de enfoque durante el corte de la hoja.
Potencia y velocidad de corte por láser.
La potencia del láser afecta significativamente el grosor, la velocidad, el ancho y la calidad del corte. En general, cuanto mayor sea la potencia del láser, más grueso será el material que se puede cortar y mayor será la velocidad de corte.
Sin embargo, existe un rango ideal de potencia del láser para un espesor de placa y una velocidad de corte determinados, donde la rugosidad de la superficie de corte es mínima.
Desviarse de este rango de potencia ideal da como resultado un aumento de la rugosidad de la superficie, una reducción de la eficiencia del procesamiento y un aumento de los costos.
Además, si se aumenta o disminuye aún más la potencia, pueden producirse defectos por quemado o escoria.
Finalmente, vale la pena señalar que cuando la potencia del láser y la presión del gas auxiliar son fijas, la velocidad de corte y el ancho de la hendidura tienen una relación no lineal inversa.
A medida que aumenta la velocidad de corte, el ancho de la ranura disminuye y a medida que disminuye la velocidad de corte, el ancho de la ranura aumenta. La relación entre la velocidad de corte y la rugosidad de la superficie de la sección cortada es parabólica.
Cuando la velocidad de corte aumenta desde cero, la rugosidad de la superficie de la sección cortada disminuye gradualmente y continúa disminuyendo a medida que aumenta la velocidad de corte.
Cuando se alcanza la velocidad de corte ideal, la rugosidad de la superficie es mínima.
Sin embargo, si la velocidad de corte continúa aumentando más allá de cierto punto, resulta imposible cortar el material y la rugosidad de la superficie comenzará a aumentar nuevamente.
El sistema NC puede ajustar automáticamente la potencia de corte en función de la velocidad de corte.
Por ejemplo, al cortar círculos pequeños y ángulos agudos, la velocidad de corte normalmente es más lenta y el sistema NC puede reducir la potencia de corte para garantizar una precisión y calidad excelentes de la sección de corte.
Gas auxiliar de corte por láser de fibra
Como principiante en el campo del corte por láser, ¿a menudo se siente abrumado durante el proceso? Puede resultar confuso probar diferentes placas, gases, presiones de aire y potencias y aún así no obtener los resultados que desea.
¿Alguna vez se ha preguntado cómo elegir el gas auxiliar adecuado y qué factores afectan la calidad del corte? ¿Qué gas auxiliar se debe utilizar para diferentes materiales? ¿Cómo se controla la presión del gas auxiliar y cuáles son los requisitos para su pureza?
Es importante comprender el papel del gas auxiliar en el corte por láser. Se utiliza para eliminar la escoria en el corte, enfriar la superficie del material que se procesa para reducir la zona afectada por el calor, enfriar la lente protectora para evitar la contaminación y, en algunos casos, proteger el metal base.
Tipos y características de los gases auxiliares.
Los gases auxiliares comúnmente utilizados en el corte por láser son nitrógeno, oxígeno y aire.
El gas auxiliar es fundamental en el corte por láser, ya que ayuda a eliminar el material fundido y vaporizado del corte y también elimina el humo generado durante el proceso de corte, reduciendo cualquier obstáculo en el proceso de corte.
Los requisitos de presión y flujo de gas auxiliar varían según el espesor y el tipo de material que se corta.
Al cortar placas de acero con bajo contenido de carbono, normalmente se utiliza oxígeno. El propósito de utilizar oxígeno para cortar acero al carbono es encender y eliminar el material fundido.
Como principiante en el campo del corte por láser, ¿a menudo encuentra dificultades durante el proceso de corte por láser? A pesar de experimentar con varias placas, gases, presiones de aire y potencias, es posible que aún no esté seguro de cuál es la combinación ideal.
Para elegir el mejor gas auxiliar, es fundamental comprender su función y los factores que afectan la calidad del corte, como la presión y el flujo, así como la pureza del gas.
Para cortar placas de acero con bajo contenido de carbono, normalmente se utiliza oxígeno. La función del oxígeno en el proceso de corte es suministrar y retirar material fundido.
La pureza del oxígeno debe ser superior al 99,5 %, y una pureza mayor da como resultado una superficie de corte más brillante.
Sin embargo, impurezas como el agua pueden tener un impacto significativo en la calidad de corte de la lámina. Si la pureza del oxígeno no es lo suficientemente alta, o si las piezas tienen requisitos de calidad superficial más altos, puede ser necesario mejorar la pureza mediante secado con oxígeno u otros métodos.
El nitrógeno se utiliza generalmente para cortar materiales de acero inoxidable y aleaciones de aluminio. La función del nitrógeno es eliminar la oxidación y eliminar la masa fundida.
La presión del nitrógeno aumenta con el espesor de la placa.
Para cortar acero inoxidable, la pureza del nitrógeno debe ser superior al 99,999%. El nitrógeno de baja pureza puede provocar un color amarillento de la superficie cortada y una disminución del brillo.
Una muestra en la figura de corte por láser se cortó con nitrógeno líquido de alta pureza (99,99 %) con una presión de gas de 0,8 a 1,0 MPa.
Estándar de pureza del gas auxiliar
Para el procesamiento láser de diferentes materiales es necesario el uso de los correspondientes gases auxiliares.
Las impurezas en el gas auxiliar pueden tener efectos perjudiciales en las lentes, lo que resulta en fluctuaciones en la potencia de corte e inconsistencias en las superficies de corte delanteras y traseras.
Estándar de presión de gas auxiliar
La cantidad de presión de aire que se puede utilizar para varios tipos de gases auxiliares es diferente. Según las características del gas, como la inflamabilidad y la combustión, la experiencia demuestra que el gas auxiliar puede evitar que la escoria regrese durante el proceso de corte, protegiendo así la lente interna del cabezal láser.
En otras palabras, con la misma potencia de procesamiento, material y espesor de lámina, cuanto mayor sea la presión del gas, más humo y polvo se podrán expulsar a la velocidad unitaria.
Por lo tanto, un valor de presión de aire más alto da como resultado una velocidad de corte por láser más rápida, razón por la cual se utiliza nitrógeno para cortar láminas delgadas.
Se puede concluir que la regla general para la velocidad de corte de láminas delgadas es: Oxígeno < Aire < Nitrógeno. Esta regla puede ser utilizada como punto de partida para la selección de gas auxiliar por parte de usuarios novatos.
Nota: La regla general anterior no se aplica al corte por láser de láminas gruesas. El tipo de gas de corte utilizado debe seleccionarse en función de las características individuales de la chapa.
Después de leer esto, debería tener una comprensión básica de las características de los tres gases auxiliares. Miremos más de cerca.
Oxígeno
El oxígeno se utiliza principalmente para cortar acero al carbono. El calor de la reacción del oxígeno se utiliza para aumentar la eficiencia de corte, pero la película de óxido resultante aumenta el factor de absorción espectral del haz del material reflectante.
Esto hace que el final de la grieta parezca negro o amarillo oscuro.
El oxígeno se utiliza principalmente para cortar acero laminado, acero laminado para soldar estructuras, acero al carbono para construcción mecánica, placas de alto voltaje, placas de herramientas, acero inoxidable, láminas de acero galvanizado, cobre, aleaciones de cobre, etc.
El requisito de pureza del oxígeno es generalmente del 99,95 % o superior. Su función principal es ayudar a quemar y soplar la pieza cortada.
La presión y el caudal requeridos son diferentes y están determinados por el tamaño del modelo de boquilla y el espesor del material de corte. En general, la presión requerida es de 0,3 a 1 Mpa y el caudal varía según el espesor del material de corte.
Por ejemplo, al cortar acero al carbono de 22 mm, el caudal debe ser de 10 m3/h, incluida la doble protección de la boquilla de oxígeno.
N nitrógeno
Algunos metales requieren el uso de nitrógeno para evitar la oxidación durante el corte y mantener la calidad de la superficie de corte. Esto da como resultado un extremo blanquecino de la ranura y una alta resistencia a la soldadura, a las manchas y a la corrosión.
Los principales materiales que se pueden cortar con nitrógeno son el acero inoxidable, el acero chapado, el latón, el aluminio y las aleaciones de aluminio. El propósito de utilizar nitrógeno es prevenir la oxidación y eliminar la fusión.
Para un corte de alta calidad, se requiere una alta pureza del nitrógeno (generalmente se requiere 99,999% para acero inoxidable con un espesor de 8 mm o más). La presión requerida es relativamente alta, generalmente alrededor de 1,5 MPa. Para acero inoxidable más grueso (12 mm o más, hasta 25 mm), es posible que se requiera una presión de 2 MPa o más.
El caudal de nitrógeno varía según el tipo de boquilla utilizada, pero generalmente es bastante alto. Por ejemplo, cortar acero inoxidable de 12 mm requiere un caudal de 150 m 3 /h, mientras que cortar acero inoxidable de 3 mm requiere sólo 50 m 3 /h.
yendo
Usar aire como gas auxiliar en el procesamiento láser es económico ya que se puede obtener directamente de un compresor de aire. Aunque contiene un 20% de oxígeno, la eficiencia de corte es baja en comparación con el oxígeno y similar a la del nitrógeno.
Puede aparecer un rastro de película de óxido en la superficie cortada, pero también puede ayudar a evitar que el recubrimiento se caiga. La punta del corte tiene un aspecto amarillento.
Se utiliza principalmente para cortar materiales como aluminio, cobre inoxidable, latón, láminas de acero galvanizado y no metales. Sin embargo, cuando se requieren productos de alta calidad, el aire no es adecuado para cortar aluminio, aleaciones de aluminio y acero inoxidable, ya que oxidará el material base.
La selección del gas auxiliar depende del coste de corte y de los requisitos del producto. Por ejemplo, al cortar acero inoxidable para productos de baja calidad que se someterán a un procesamiento adicional, se puede utilizar aire para reducir costos.
En cambio, cuando el producto cortado es el producto final, se debe utilizar un gas protector como el nitrógeno, como en los productos artesanales.
Por tanto, es necesario elegir el gas auxiliar en función de las características del producto en el proceso de corte.
De los dibujos a las piezas
Factores que afectan el corte por láser de fibra
Clasificación de corte por láser de fibra
Corte por vaporización láser
Al utilizar un rayo láser de alta densidad de energía para calentar la pieza de trabajo, la temperatura aumenta rápidamente y alcanza el punto de ebullición del material en muy poco tiempo, lo que hace que el material se vaporice y forme vapor.
Este vapor que se mueve rápidamente crea una incisión en el material a medida que se evapora.
El calor de vaporización de los materiales es generalmente alto, lo que requiere una gran cantidad de potencia y una alta densidad de potencia para la vaporización con láser.
Esta técnica se utiliza para cortar materiales metálicos finos y materiales no metálicos como papel, tela, madera, plástico y caucho.
Durante el proceso de vaporización, el vapor se lleva el material fundido y los escombros, formando un agujero.
Aproximadamente el 40% del material se disuelve en vapor, mientras que el 60% es expulsado en forma de gotas por el flujo durante el proceso de vaporización.
corte por fusión láser
Cuando la densidad de potencia del rayo láser recibido excede un cierto umbral, el material en el punto de irradiación del rayo comienza a evaporarse y formar un agujero. El agujero absorbe toda la energía del rayo entrante, actuando como un cuerpo negro.
Los agujeros están rodeados por paredes de metal fundido y un flujo de aire auxiliar a lo largo del eje del haz transporta el material fundido que rodea el agujero.
A medida que la pieza se mueve, el agujero se sincroniza horizontalmente, formando un corte en la dirección de corte. El rayo láser continúa irradiando a lo largo del borde de la costura, lo que hace que el material fundido salga continua o periódicamente a través de las grietas.
El corte por fusión por láser no requiere la vaporización completa del metal, utilizando sólo 1/10 de la energía necesaria para la vaporización.
Este método se utiliza principalmente para cortar materiales no oxidables o metales activos como acero inoxidable, titanio, aluminio y aleaciones.
Corte por láser de oxígeno
El principio del corte por láser de oxígeno es similar al del corte con oxiacetileno. Utiliza láser como fuente de precalentamiento y emplea oxígeno y otros gases activos como gas de corte.
Por un lado, el gas reacciona con el metal a cortar y provoca una reacción de oxidación, liberando una cantidad importante de calor.
Por otro lado, el óxido fundido y el metal fundido son expulsados de la zona de reacción, formando un corte en el metal.
Debido a la gran cantidad de calor generada durante la reacción de oxidación, el corte por láser de oxígeno requiere solo la mitad de la energía requerida para el corte por fusión y tiene una velocidad de corte más rápida en comparación con el corte por vaporización por láser y el corte por láser por fusión.
Este método se utiliza principalmente para cortar acero al carbono, acero al titanio, acero tratado térmicamente y otros materiales metálicos fácilmente oxidables.
El proceso de corte por láser de oxígeno se puede describir de la siguiente manera:
- La superficie del material se calienta rápidamente hasta el punto de ignición bajo la irradiación del rayo láser y la intensa reacción de combustión con oxígeno libera una gran cantidad de calor. Este calor forma un pequeño agujero lleno de vapor, rodeado por paredes de metal fundido.
- El material de combustión se convierte en escoria para regular la velocidad de combustión del oxígeno y el metal, y la velocidad de difusión del oxígeno a través de la escoria hasta el frente de ignición tiene un impacto significativo en la velocidad de combustión. Cuanto mayor sea el caudal de oxígeno, más rápida será la reacción de combustión y la eliminación de escoria. Sin embargo, un caudal de oxígeno elevado no siempre es mejor, ya que puede provocar un enfriamiento rápido del óxido metálico, reduciendo la calidad del corte.
- En el proceso de fusión por oxidación existen dos fuentes de calor: la irradiación láser y la energía térmica producida por la reacción química del oxígeno y los metales. Se estima que el 60% de la energía total necesaria para el corte se libera en forma de calor durante la oxidación del acero. Por tanto, el oxígeno es más eficaz como gas auxiliar, proporcionando una mayor velocidad de corte en comparación con los gases inertes.
- Durante la fusión por oxidación y el corte con dos fuentes de calor, si la velocidad de combustión del oxígeno es mayor que la del rayo láser, el corte aparecerá ancho y rugoso. Sin embargo, si el rayo láser se mueve más rápido que el oxígeno, el corte será estrecho y suave.
Corte controlado de fractura
Para materiales frágiles que son propensos a sufrir daños por calor, el corte calentando el rayo láser con alta velocidad y control se conoce como corte por fractura controlada.
El aspecto clave de este proceso de corte es que el rayo láser calienta una pequeña área del material frágil, lo que genera un gran gradiente térmico y una deformación mecánica significativa en la región, provocando grietas en el material.
Mientras el gradiente de calentamiento se mantenga equilibrado, el rayo láser puede guiar las grietas en cualquier dirección deseada.
Es importante tener en cuenta que este tipo de corte no es adecuado para cortar ángulos o esquinas agudas. También es un desafío tener éxito al cortar una forma grande y cerrada.
La velocidad de corte del corte por fractura controlado es rápida y no requiere potencia excesiva; de lo contrario, la superficie de la pieza de trabajo se derretirá y romperá el filo.
Los principales parámetros de control son la potencia del láser y el tamaño del punto.
Corte por láser clasificado por gas de corte:
| Corte de llama | corte por fusión | |
|---|---|---|
| Gas de corte | Oxígeno | Nitrógeno |
| Características | Gran espesor de corte | Sección de corte sin capa de óxido. |
| Velocidad de corte rápida | Menos rebabas de corte | |
| Tiene una capa oxidada | Cortar el gas es caro | |
| Sección de corte con cuerda de remolque trasera. | Velocidad de corte lenta | |
| Parte del material requiere oxígeno para participar en la punción. | ||
| Material aplicable | Acero carbono | Acero inoxidable, aluminio, chapa galvanizada. |
Láser C que revela alimentos F
Comparado con otros métodos de corte térmico, el corte por láser destaca por su alta velocidad de corte y calidad superior.
En concreto, se pueden resumir los siguientes aspectos:
(1) Buena calidad de corte
El corte por láser ofrece una mejor calidad de corte debido a su pequeño punto láser, su alta densidad de energía y su rápida velocidad de corte.
El rayo láser se enfoca en un punto pequeño, lo que da como resultado una alta densidad de potencia en el punto focal.
El aporte de calor del haz es significativamente mayor que el reflejado, transmitido o difundido por el material.
Esto conduce a un rápido calentamiento y vaporización del material, creando un poro a través de la evaporación.
Con el movimiento lineal relativo de la viga y el material, el agujero se forma continuamente en una hendidura estrecha.
El filo se ve muy poco afectado por el calor y no hay deformación de la pieza de trabajo.
Durante el proceso de corte, se añade el gas auxiliar adecuado al material cortado.
Cuando se corta acero, se utiliza oxígeno como gas auxiliar y metal fundido para producir material de oxidación mediante una reacción química exotérmica, al tiempo que ayuda a soplar la escoria hacia la grieta.
Para cortar plásticos como el polipropileno se utiliza aire comprimido.
Al cortar materiales inflamables como algodón y papel, se utiliza gas inerte.
El gas auxiliar que ingresa a la boquilla también puede enfriar la lente de enfoque, evitar que entre polvo en el asiento de la lente para contaminarlo y provocar que la lente se sobrecaliente.
La mayoría de los materiales orgánicos e inorgánicos se pueden cortar con láser.
Industria de procesamiento de metales pesados, que significa mucho para el sistema de fabricación industrial, muchos materiales metálicos, por muy duros que sean, se pueden cortar sin deformarse.
Por supuesto, los materiales de alta reflectancia como el oro, la plata, el cobre y el aluminio también son buenos conductores de la transferencia de calor, por lo que el corte con láser es difícil y ni siquiera se puede cortar.
Corte por láser sin rebabas ni arrugas. Es de alta precisión, mejor que el corte por plasma.
Para muchas industrias de fabricación mecánica y eléctrica, gracias al moderno sistema de corte por láser controlado por un programa de microcomputadora, es posible cortar fácilmente piezas de trabajo en diferentes formas y tamaños; a menudo es preferible al proceso de moldeo y moldeo;
Aunque su velocidad de procesamiento es aún más lenta que la del punzón, no hay consumo de molde, no es necesario repararlo y también ahorra tiempo de reemplazo del molde, lo que ahorra costos de procesamiento y reduce los costos de producción. Por tanto, es mucho más económico en general.
- La incisión de corte por láser es estrecha, las hendiduras son paralelas y perpendiculares a la superficie y la precisión dimensional de las piezas de corte puede alcanzar ±0,05 mm.
- La superficie de corte es lisa y hermosa, la rugosidad de la superficie es de solo unas pocas decenas de micrómetros e incluso se puede utilizar el corte por láser como último proceso. No se requiere mecanizado y las piezas se pueden utilizar directamente.
- Después del corte con láser, el ancho de la zona afectada por el calor es pequeño, el rendimiento del material cerca de la hendidura casi no se ve afectado y la deformación de la pieza de trabajo es pequeña, la precisión del corte es alta, la geometría de la hendidura es buena y la forma de la sección transversal de la hendidura es rectangular relativamente regular.
La comparación de los métodos de corte por láser, corte con oxiacetileno y corte por plasma se muestra en la tabla 1 .
El material de corte es una chapa de acero con bajo contenido de carbono de 6,2 mm de espesor.
Tabla 1 Corte por láser versus corte por láser corte con oxiacetileno vs. corte por plasma
| Métodos de corte |
Ancho de hendidura /mm |
Ancho de la zona afectada por el calor /mm |
Forma de hendidura | Velocidad cortante | Costo del equipo |
|---|---|---|---|---|---|
| Corte con laser | 0,2-0,3 | 0,04-0,06 | Paralelo | Rápido | Alto |
| Corte con oxiacetileno | 0,9-1,2 | 0,6-1,2 | Relativamente paralelo | Lento | Bajo |
| corte por plasma | 3.0-4.0 | 0,5-1,0 | Cuña & Inclinación |
Rápido | Promedio |
(2) Alta eficiencia de corte
Debido a sus características de transmisión, las máquinas de corte por láser suelen contar con múltiples mesas de trabajo de control numérico, lo que permite un control numérico total sobre el proceso de corte.
Durante la operación, se pueden cortar diferentes formas de piezas simplemente cambiando el programa de control numérico. Esto permite realizar cortes bidimensionales y tridimensionales.
(3) Velocidad de corte rápida
Cortar una placa de acero con bajo contenido de carbono de 2 mm con una máquina cortadora por láser de fibra de 1200 W puede dar como resultado una velocidad de corte de 600 cm/min.
Al cortar un tablero de resina de polipropileno de 5 mm, la velocidad de corte puede alcanzar los 1200 cm/min.
No es necesario sujetar ni sujetar el material durante el corte por láser, lo que ahorra tiempo en la preparación de la fijación y en el proceso de carga y descarga.
(4) Corte sin contacto
El rayo láser se enfoca para crear un punto de energía altamente concentrado, lo que tiene varias ventajas importantes para aplicaciones de corte.
En primer lugar, el rayo láser se puede transformar en energía térmica intensa en un área muy pequeña, lo que da como resultado:
(1) una hendidura estrecha y de corte recto;
(2) una zona de mínimo impacto térmico cerca del filo;
(3) deformación local mínima.
En segundo lugar, el rayo láser funciona sin contacto físico con la pieza de trabajo, lo que la convierte en una herramienta de corte sin contacto y proporciona los beneficios de:
(1) ninguna deformación mecánica de la pieza;
(2) sin problemas de desgaste o rotura de herramientas;
(3) la capacidad de cortar cualquier material, independientemente de su dureza.
Finalmente, el rayo láser es altamente controlable y flexible, lo que permite:
(1) facilidad de integración con equipos de automatización, simplificando la automatización del proceso de corte;
(2) capacidad ilimitada para repetir cortes en la misma pieza;
(3) la capacidad de optimizar el uso de material organizando cortes en todos los ámbitos con la ayuda de una computadora.
(5) Muchos tipos de materiales de corte.
Los materiales que se pueden cortar con una máquina de corte por láser incluyen compuestos de matriz metálica, cuero, madera y fibra.
Sin embargo, cada material exhibe diferentes niveles de adaptabilidad al corte por láser debido a sus propiedades termofísicas únicas y tasas de absorción de luz láser.
En la siguiente tabla se ilustra el rendimiento del corte por láser de diferentes materiales utilizando una fuente láser de CO2.
| Materiales | Capacidad de absorber la luz láser. | Rendimiento de corte | ||
|---|---|---|---|---|
| Metal | Au, Ag, Cu, Al | Baja absorción de la luz láser. | En general, es más difícil de procesar y se pueden cortar con láser láminas de Cu y Al de 1-2 mm. | |
| W, mes, Cr, Ti | Gran absorción de la luz láser. | Si se utiliza el procesamiento a baja velocidad, se pueden cortar placas delgadas y metales como el Ti y el Zr simples necesitan usar aire como gas auxiliar. | ||
| Fe, Ni, Pb, Sn | Más fácil de procesar | |||
| No metal | Material organico | Acrílico, polietileno, polipropileno, poliéster, PTFE | Permear en luz incandescente. | La mayoría de los materiales se pueden cortar con un láser de baja potencia. Como estos materiales son inflamables, la superficie cortada se carboniza fácilmente. El ácido acrílico y el politetrafluoroetileno no se carbonizan fácilmente. Generalmente, se puede utilizar nitrógeno o aire seco como gas auxiliar. |
| Cuero, madera, tela, caucho, papel, vidrio, epoxi, plástico fenólico | No puede penetrar la luz incandescente | |||
| material inorgánico | Vidrio, fibra de vidrio | Gran expansión térmica | Vidrio, cerámica, porcelana, etc. son propensos a agrietarse durante o después del procesamiento, y el vidrio de cuarzo con un espesor inferior a 2 mm tiene buenas propiedades de corte. | |
| Cerámica, vidrio de cuarzo, amianto, mica, porcelana. | Pequeña expansión térmica | |||
(6) Adaptabilidad y flexibilidad
En comparación con otros métodos de mecanizado tradicionales, el corte por láser tiene una mayor versatilidad.
En primer lugar, otros métodos de corte térmico no pueden cortar un área tan pequeña como el rayo láser, lo que genera cortes más amplios, zonas afectadas por el calor más grandes y una deformación significativa.
En segundo lugar, los láseres pueden cortar materiales no metálicos, lo que no es posible con otros métodos de corte en caliente.
Análisis de materiales de corte por láser.
Acero estructural
Cortar con ayuda de oxígeno produce mejores resultados para el material.
Cuando se utiliza oxígeno como gas de procesamiento, se produce una ligera oxidación en el filo. Para láminas de hasta 4 mm de espesor, el corte a alta presión se puede realizar con nitrógeno, lo que no produce oxidación del filo.
Para láminas de espesor superior a 10 mm, el uso de una lámina especial junto con el láser y la aplicación de aceite a la superficie de la pieza pueden mejorar la calidad del corte.
Acero inoxidable
Se puede utilizar oxígeno cuando la oxidación en el filo es aceptable. El uso de nitrógeno da como resultado un filo no oxidado y sin rebabas que no requiere procesamiento adicional.
La aplicación de una película de aceite de recubrimiento a la superficie de la placa puede mejorar el efecto de perforación sin sacrificar la calidad del procesamiento.
Aluminio
El aluminio, a pesar de su alta reflectividad y conductividad térmica, se puede cortar con un espesor inferior a 6 mm, dependiendo del tipo de aleación y de la capacidad del generador láser.
Al cortar con oxígeno, la superficie de corte es rugosa y dura. El uso de nitrógeno da como resultado una superficie de corte suave.
El aluminio puro es difícil de cortar debido a su alto nivel de pureza.
Sólo cuando el sistema está equipado con un dispositivo de “absorción reflectante” se puede cortar el aluminio, ya que sin él el componente óptico se dañaría por reflexión.
Titanio
Las placas de titanio se cortan utilizando argón y nitrógeno como gases de procesamiento. Los demás parámetros de corte pueden referirse a los utilizados para el acero al níquel-cromo.
Cobre y latón
Tanto el latón como el cobre tienen una alta reflectividad y una excelente conductividad térmica. Las placas de latón con un espesor de 1 mm se pueden cortar utilizando nitrógeno como gas de procesamiento.
Las placas de cobre con un espesor inferior a 2 mm se pueden cortar utilizando oxígeno como gas de procesamiento.
Sin embargo, es fundamental tener instalado un dispositivo de “absorción reflectante” en el sistema, de lo contrario el reflejo provocará daños en los componentes ópticos.
Ventajas y desventajas del corte por láser de fibra en comparación con otros métodos de corte
En comparación con otros métodos de corte térmico, el corte por láser destaca por su rápida velocidad de corte y cortes de alta calidad. Algunas de sus principales ventajas incluyen:
Excelente calidad de corte:
El corte por láser tiene un ancho de incisión estrecho (normalmente 0,1-0,5 mm), alta precisión (con un error de distancia entre centros de orificio de 0,1-0,4 mm y un error de tamaño del perfil de 0,1-0,5 mm) y una rugosidad superficial suave (con un valor Ra de 12,5-25 μm). Las costuras cortadas normalmente no requieren procesamiento adicional antes de soldar.
Velocidad de corte rápida:
Por ejemplo, una cortadora láser de 2 KW puede cortar acero al carbono de 8 mm de espesor a una velocidad de 1,6 m/min y acero inoxidable de 2 mm de espesor a una velocidad de 3,5 m/min con influencia térmica y una deformación mínima.
Limpio, seguro y respetuoso con el medio ambiente:
El corte por láser mejora el entorno de trabajo de los operadores ya que es limpio, seguro y no genera contaminación.
Se resume de la siguiente manera:
Ventajas del corte por láser:
(1) Buena calidad de corte.
Debido a su pequeño punto de luz láser y su alta densidad de energía, el corte por láser puede lograr una mejor calidad de corte.
(1) Las incisiones de corte por láser son estrechas, con bordes cortantes paralelos y perpendiculares a la superficie, y la precisión del tamaño de las piezas cortadas puede alcanzar +0,05 mm.
(2) La superficie de corte está limpia y lisa, con una rugosidad superficial de sólo unas pocas decenas de micrones. En algunos casos, el corte por láser puede incluso utilizarse como paso final, permitiendo utilizar las piezas directamente sin mecanizado adicional.
(3) Después del corte por láser, el área afectada por el calor es muy pequeña y las propiedades del material cerca del corte prácticamente no se ven afectadas. Además, la deformación de la pieza es mínima, lo que da como resultado una alta precisión de corte y una forma rectangular regular en la sección transversal de corte.
(2) Alta eficiencia de corte.
Debido a las características de la transmisión láser, las máquinas de corte por láser suelen contar con múltiples estaciones de trabajo CNC, lo que permite que todo el proceso de corte se lleve a cabo solo con CNC.
En funcionamiento, se pueden cortar piezas de diferentes formas simplemente cambiando el programa NC, y se pueden realizar cortes tanto en 2D como en 3D.
(3) Velocidad de corte rápida.
La velocidad de corte para acero al carbono de 2 mm con una cortadora láser de 1200 W puede alcanzar los 600 cm/min, mientras que para un tablero de resina de polipropileno de 5 mm, la velocidad de corte puede alcanzar los 1200 cm/min.
No es necesario sujetar el material en el corte por láser, lo que no solo ahorra herramientas sino que también reduce el tiempo necesario para cargar y descargar materiales.
(4) Corte sin contacto.
En el corte por láser, el soplete de corte no entra en contacto con la pieza y no hay desgaste de la herramienta. No es necesario reemplazar el "cortador" para mecanizar piezas con formas diferentes.
El único cambio necesario es en los parámetros de salida del láser. Además, el proceso de corte por láser genera poco ruido, baja vibración y no genera contaminación.
(5) Numerosas variedades de materiales de corte.
En comparación con el corte por oxiacetileno y plasma, el corte por láser es capaz de cortar una amplia variedad de materiales, incluidos metales, no metales, compuestos de matriz metálica y no metálica, cuero, madera y fibras.
Sin embargo, la idoneidad del corte por láser para estos materiales varía debido a sus distintas propiedades térmicas y físicas, así como a sus diferentes tasas de absorción del láser.
Desventajas del corte por láser:
Debido a las limitaciones en la potencia del láser y el tamaño del equipo, las cortadoras láser tienen una capacidad limitada para cortar materiales de tubos y láminas más gruesos.
A medida que aumenta el espesor de la pieza, la velocidad de corte disminuye significativamente.
Además, los equipos de corte por láser son caros, lo que supone una elevada inversión inicial.
Cómo medir la calidad del corte por láser
La máquina de corte por láser es un tipo de equipo que puede reemplazar parcialmente los métodos tradicionales de corte de metales. Tiene velocidades de corte rápidas y alta calidad de corte.
En los últimos años, el uso de máquinas de corte por láser de fibra óptica ha hecho que el corte por láser de metales sea más conveniente y eficiente.
Para determinar la calidad de una cortadora láser, la calidad de corte de la máquina es un criterio crucial. Basados en años de experiencia en corte, se han resumido los siguientes nueve criterios como referencia para que los clientes evalúen las cortadoras láser.
Cómo mejorar la calidad del corte por láser
Factor de hardware
- ¿Está limpia la lente?
- ¿Está el rayo láser en el centro de la boquilla?
- La posición real de la distancia focal corresponde a la posición de la distancia focal en la escala
Factor de parámetro
- En relación con la posición de la superficie de la hoja.
- Velocidad cortante
- Presión de corte
- Corte de energía
Aplicaciones de corte por láser
La mayoría de las máquinas de corte por láser están controladas por programas CNC o integradas en robots de corte. Como método de mecanizado de vanguardia, el corte por láser puede cortar una amplia variedad de materiales, incluido el corte 2D o 3D de láminas metálicas delgadas.
En la industria del automóvil, la tecnología de corte por láser se utiliza ampliamente para cortar carrocerías complejas y diversas piezas curvas, como las ventanas del techo de los automóviles.
Volkswagen AG, por ejemplo, utiliza un láser de 500 W para cortar estos componentes. En la industria aeroespacial, la tecnología de corte por láser se utiliza principalmente para cortar materiales especiales de aviación como aleaciones de titanio, aleaciones de aluminio, aleaciones de níquel, aleaciones de cromo, acero inoxidable, óxido de cerio, materiales compuestos, plásticos, cerámica y cuarzo.
Los componentes aeroespaciales procesados mediante corte por láser incluyen tubos de llama de motores, aleaciones de titanio de paredes delgadas, estructuras de aviones, revestimientos de aleaciones de titanio, popas de alas largas, laterales de cola, rotores principales de helicópteros y baldosas cerámicas aislantes térmicas de transbordadores espaciales.
El corte por láser también se utiliza ampliamente en la industria de materiales no metálicos. Puede cortar materiales duros y quebradizos como nitruro de silicio, cerámica, cuarzo, así como materiales flexibles como tela, papel, láminas de plástico y caucho.
Por ejemplo, el corte por láser se puede utilizar en la industria de la confección para ahorrar entre un 10% y un 12% de material y aumentar la eficiencia más de tres veces.
Los productos aptos para el corte por láser generalmente se pueden clasificar en tres categorías:
- Chapas que no son adecuadas para la fabricación de moldes desde un punto de vista técnico y económico, especialmente piezas con contornos complejos, lotes pequeños y espesores generales, como acero de bajo carbono de 12 mm y acero inoxidable de 6 mm, para ahorrar costos de fabricación de moldes y reducir tiempos. . Algunos productos típicos que se han adoptado incluyen partes estructurales de ascensores automáticos, paneles de ascensores, cubiertas de máquinas y máquinas de alimentos, diversos gabinetes de gas eléctrico, tableros de distribución, piezas de máquinas textiles, piezas estructurales de máquinas de construcción y grandes láminas de acero al silicio para motores.
- Acero inoxidable (generalmente de 3 mm de espesor) utilizado para decoración, publicidad, industria de servicios o patrones, marcas y tipografías de materiales no metálicos (generalmente de 20 mm de espesor). Los ejemplos incluyen patrones artísticos de álbumes de fotos, fuentes de empresas en chino e inglés, letreros para hoteles, tiendas, estaciones, muelles y lugares públicos.
- Piezas especiales que requieren un corte uniforme. Las piezas típicas más utilizadas son las placas troqueladoras utilizadas en la industria del embalaje y la impresión. Se debe cortar una ranura con un ancho de 0,7-0,8 mm en una tabla de madera de 20 mm de espesor e insertar una cuchilla en la ranura. Luego, el tablero se instala en una máquina troqueladora para cortar una variedad de cajas gráficas impresas. Otra aplicación son los tubos de costura de pantalla de aceite. Para evitar que entren sedimentos en la bomba, se debe cortar una hendidura uniforme de 0,3 mm de ancho en una tubería de acero aleado con un espesor de 6-9 mm. El diámetro del orificio en el punto inicial del corte no puede exceder los 0,3 mm, lo que dificulta el proceso de corte, pero sigue siendo ampliamente adoptado por muchas fábricas.
Los avances recientes en la tecnología de corte por láser incluyen:
- Usar sistemas de corte por láser 3D o robots industriales para cortar curvas espaciales y desarrollar varios software de corte 3D para acelerar el proceso desde el dibujo hasta el corte de piezas.
- Desarrollo de diversos sistemas especiales de corte, sistemas de transporte de material y sistemas de accionamiento de motores lineales para mejorar la eficiencia productiva, con velocidades de corte superiores a 100m/min.
- Centrándose en el estudio de la tecnología de corte con nitrógeno para acero bajo en carbono para mejorar la calidad de corte de láminas, para ampliar la aplicación de maquinaria de ingeniería e industrias de construcción naval, con espesores de acero bajo en carbono superiores a 30 mm.
