Технология лазерной резки включает использование струи сжатого газа параллельно с лазерным лучом. Луч производит раскрой заготовки путем выплавления части металла по определенному контуру, а газовый поток выдувает частицы расплава из зоны реза, формируя кромку. Газ охлаждает рабочую область, тем самым предотвращая образование плазменного очага и термическую деформацию прилегающих к резу частей заготовки.
Для сопровождения лазерной резки применяются воздух, кислород, азот и инертные газы. В зависимости от того, какой именно газ используется, он по-разному влияет на ход процесса резки металла. Так, активный кислород включается в экзотермическую реакцию, чем делает обработку быстрее и эффективней. Инертные газы напротив — отсекают от рабочей зоны активные элементы воздуха и не дают поверхности разреза реагировать с ними.
Что за свойство — инертность?
Инертные (благородные) газы — подгруппа химических элементов, практически не вступающих в реакции с другими, что объясняется наличием у атомов инертных газов устойчивой внешней электронной оболочки. Атом с таким строением не стремится приобретению электронов из другого вещества, и без специальных катализаторов химические реакции с инертными газами невозможны.
Наибольшее практическое применение среди всех благородных газов находят аргон, неон и гелий.
Когда инертный газ не роскошь, а средство производства
Многие технологические процессы и операции нельзя вести в воздушной среде. Лазерная резка является термическим процессом, при котором металл в зоне реза подвергается значительному нагреву. Высокая температура запускает термохимические реакции взаимодействия элементов металла и окружающей среды. Чтобы избежать взаимодействия обрабатываемого металла с газами воздуха, в частности, окисления кислородом, создают специальные защитные среды с инертными газами.
Условно инертным газом в лазерной резке можно считать азот, способный вытеснять кислород при обработке нержавеющей стали и сохраняющий антикоррозийные свойства кромок в области реза.
Истинные инертные газы — такие как аргон и гелий — не только не участвуют в окислении, но и вообще не реагируют с расплавленным в резке материалом и вытесняют из зоны резки все газы, которые могли бы вступить во взаимодействие с металлом.
В аргонной или гелиевой среде проводят процессы, при которых нужно исключить контакт расплавленного металла с кислородом, азотом, углекислотой и влагой воздуха. Это важно при горячей обработке титана и вольфрама, склонных образовывать хрупкие соединения при наличии кислорода и азота.
Инертные газы стоят значительно дороже кислорода или азота, в обилии содержащихся в воздухе, однако в производстве деталей и оборудования для кораблестроения, авиационной промышленности, медицины без них не обойтись.
Особенности резки в инертных газах
Так как лазерная резка в инертной среде не сопровождается дополнительным выбросом тепловой энергии вследствие экзотермической реакции, она требует большей мощности оборудования и имеет свои особенности:
- Газовая струя для выдувания расплава подается под высоким давлением, достигающим 10 атмосфер;
- Используются утолщенные фокусирующие линзы для лазерного луча;
- Фокус излучения должен находится в районе нижней поверхности листа;
- Расстояние между газовым соплом и рабочей поверхностью металла составляет 0,5 – 1мм;
- Скорость резки относительно невысока.
