Технологические особенности лазерной резки металлов импульсно- периодическим излучением

При резке металлов импульсно-периодическим лазерным излучением возникает ряд особенностей.

В связи с тем, что при возрастании фокусного расстояния линзы f глубина области каустики увеличивается, большая глубина реза обеспечивается при использовании длиннофокусных фокусирующих систем. Естественно, эта закономерность будет справедлива до тех пор, пока плотность мощности не начнет существенно уменьшаться при увеличении диаметра пятна за счет возрастания фокусного расстояния (d_f ~ f). При увеличении f более некоторой критической величины происходит резкое снижение роста глубины реза, тогда как его ширина монотонно возрастает (рис.3).

Рис.3. Кривые зависимости глубины, ширины реза и диаметра пятна фокусировки от фокусного расстояния линзы

На этом же графике представлена зависимость изменения диаметра пятна фокусировки с учетом угловой расходимости лазерного излучения от фокусного расстояния. При возрастании f расхождение между значениями b и d_f снижается, что связано с уменьшением плотности мощности и, следовательно, со снижением теплового влияния лазерного источника за пределами пятна фокусировки.

Помимо рассмотренных технологических факторов важным параметром является величина и направление смещения Df поверхности металла относительно фокальной плоскости фокусирующей системы.

На рис.4 приведены изменения значений глубины реза и ширины на верхней кромке в зависимости от смещения Df. Наибольшей глубине и наименьшей ширине соответствуют различные положения детали относительно каустики фокусируемого луча. Так, наибольшая глубина реза для рассматриваемых условий обработки достигается при заглублении фокальной плоскости внутрь образца примерно на 1 мм, тогда как минимальная ширина реза получается при фокусировании излучения вблизи поверхности детали.

Рис.4. Кривые влияния степени расфокусировки на глубину и ширину реза

Кроме того, глубина реза возрастает (однако менее интенсивно) при уменьшении длительности импульса в результате некоторого повышения плотности мощности лазерного излучения.

Таким образом, при необходимости получения наиболее глубоких резов обработку следует проводить с применением длиннофокусных (до определенного предела) линз на низких скоростях резки при высокой плотности лазерного излучения (импульсами высокой энергии и малой длительности) и смещением фокальной плоскости фокусируемого лазерного излучения внутрь разрезаемой детали на 1-1,5 мм.

Общие закономерности для ширины реза таковы: ширина реза на верхней кромке b_в и нижней кромке b_н металла возрастает с увеличением энергии излучения, фокусного расстояния линзы и уменьшением длительности импульса.