I sintret metallindustrien er skjærekvalitet avgjørende for sluttproduktets ytelse. Blant ulike skjæremetoder skiller laserskjæring seg ut for sin høye presisjon, kontaktfrie-natur og fleksibilitet.
Men når du skjærer porøse metallmaterialer som titan- eller nikkelfilt, er tradisjonelle kontinuerlige-bølgelasere utsatt for overdreven varmetilførsel, noe som fører til kantsmelting, omstøpt lagdannelse og til og med poreblokkering. Dette kompromitterer materialets permeabilitet, katalytiske aktivitet eller filtreringseffektivitet.
Denne artikkelen fordyper seg i avanserte laserprosesser og -teknologier som fundamentalt løser denne utfordringen.
1. Rotårsak: Hvorfor oppstår kantsmelting?
Å forstå årsaken er nøkkelen til å finne en løsning. Essensen av kantsmelting er "overoppheting".
Varmeakkumuleringseffekt: Metallfilt består av sammenkoblede fibre. Selv om dens varmeledningsevne er bedre enn polymerfilt, resulterer dens tre-porøse struktur i diskontinuerlige varmeledningsbaner og lavere varmekapasitet sammenlignet med solide metallplater. Den kontinuerlige energitilførselen fra en CW-laser fører til at varme akkumuleres raskt i skjæresonen -overskrider materialets smeltepunkt-før den kan diffundere inn i bulkmaterialet.
Materialegenskaper: Titan og nikkel er begge reaktive metaller, med titan som har høy affinitet for oksygen og nitrogen. Ved høye temperaturer gjennomgår de kuttede kantene oksidasjon og nitrering, og danner harde og sprø sammensatte lag. Dette er ledsaget av re-størkning av smeltet materiale, som ødelegger den opprinnelige fiberstrukturen og porøsiteten.
2. Løsningen: teknologisk sprang fra "kontinuerlig" til "pulsert"
Kjerneprinsippet er å redusere den totale varmetilførselen og gi tilstrekkelig "kjøletid" for materialet. Dette oppnås først og fremst gjennom to nøkkelteknologier:
►1. Å ta i bruk pulserende fiberlasere – kjerneløsningen
I motsetning til kontinuerlige-bølgelasere sender pulserende lasere ut «laserpulser» ved svært høye frekvenser og ekstremt kort varighet (nanosekund-, pikosekund- eller til og med femtosekundnivåer). Hver puls skaper et lite punkt for ablasjon eller fordampning, mens materialet i intervallet mellom pulsene avkjøles tilstrekkelig.
►2. Optimalisering av hjelpegass – et uunnværlig synergistisk element
Assist gass spiller en dobbel rolle i laserskjæring: utstøting av smeltet materiale og deltar i kjemiske reaksjoner. Valget av gass er spesielt viktig for oksidasjons-utsatte materialer som titan og nikkelfilt.
Foretrukket valg: Inerte gasser med høy-renhet (f.eks. argon, ar)
Funksjon: Skaper en beskyttende atmosfære som effektivt isolerer snittkanten fra oksygen og nitrogen for å forhindre kjemiske reaksjoner ved høye temperaturer. Samtidig fjerner gasstrømmen med høy-hastighet raskt fordampet eller minimalt smeltet materiale fra snittet, og forhindrer dets gjen-avsetning og størkning på fiberkantene.
Bruk med forsiktighet: Oksygen/trykkluft
Mens oksygenskjæring av karbonstål øker hastigheten gjennom en eksoterm reaksjon, forårsaker det for titan og nikkel alvorlig oksidasjon av kuttekanten, og danner et tykt, sprøtt oksidlag ledsaget av betydelig smelting, og bør strengt unngås.
3. Nøkkelprosessparameterkontroll: Oppnå presisjon "mikrokirurgi"
Selv med en pulserende laser og inert gass, er parameterinnstillinger det siste trinnet som avgjør suksess.
►Toppeffekt og pulsfrekvens: Høyere toppeffekt sikrer effektiv materialfordampning, mens en passende pulsfrekvens (ikke nødvendigvis høyere er bedre) må samsvare med skjærehastigheten for å sikre tilstrekkelig avkjølingstid for hver puls.
►Kutthastighet: For lav hastighet fører til for høy varmetilførsel; for raskt kan føre til ufullstendige kutt eller grove kanter. Målet er å bruke høyest mulig hastighet og samtidig sikre full penetrasjon.
►Fokal posisjon: Juster fokuset nøyaktig på eller litt innenfor materialoverflaten for å oppnå den minste punktdiameteren og høyeste energitettheten for finere kutting.
►Dyse- og gassstrømningshastighet: Velg en passende dysediameter og sørg for en tilstrekkelig, stabil strøm av inertgass med høy-renhet for å danne en effektiv beskyttelsesgardin og effektiv utstøtingsevne.
