Alumiiniumi ja alumiiniumisulami lõikamisprotsess kiudlaseriga lõikamismasinaga

Optilise kiu laserlõikusmasin suudab töödelda värvilist metalli alumiiniumi ja alumiiniumisulamit

Värviliste metallide all mõeldakse üldiselt kõiki metalle, välja arvatud raud (ja mõnikord ka mangaan ja kroom) ning rauapõhised sulamid. Alumiinium ja selle sulamid on samuti värvilised metallid. Metallitöötlemistööstuses on laserlõikusmasinad tavalised töötlemisseadmed. Kiudlaserlõikusmasinad võivad töödelda alumiiniumi ja selle sulameid. Õpime tundma alumiiniumi ja alumiiniumisulamite laserlõikamist.

Alumiiniumi ja selle sulamite laserlõikamine:

Puhast alumiiniumi on raskem lõigata kui raual põhinevaid metalle selle madala sulamistemperatuuri, kõrge soojusjuhtivuse ja eriti madala neeldumiskiiruse tõttu CO2 laserite puhul. Mitte ainult lõikekiirus ei ole aeglane, vaid ka lõike alumine serv on altid räbu kleepuma ja lõikepind on kare. Tänu muude sulamielementide lisamisele alumiiniumisulamitesse suureneb CO2 ja laservalguse neeldumine tahkes olekus, muutes selle lõikamise lihtsamaks kui puhast alumiiniumi, veidi suurema lõikepaksuse ja -kiirusega. Praegu kasutatakse alumiiniumi ja selle sulamite lõikamisel tavaliselt CO2 laserit, pidevlaserit või impulsslaserit.

CO2 gaasi pidev laserlõikus:

（1） Laseri võimsus.

Alumiiniumi ja selle sulamite lõikamiseks vajalik laservõimsus on suurem kui rauasulamite lõikamiseks. 1 kW võimsusega laser suudab lõigata tööstuslikku puhast alumiiniumi maksimaalse paksusega umbes 2 millimeetrit ja alumiiniumisulamist plaate maksimaalse paksusega umbes 3 millimeetrit. 3 kW võimsusega laser suudab lõigata tööstuslikku puhast alumiiniumi maksimaalse paksusega umbes 10 mm. Laseri võimsus on 5,7 kw ja sellega saab lõigata tööstuslikku puhast alumiiniumi maksimaalse paksusega umbes 12,7 mm ja lõikekiirusega kuni 80 cm/min.

(2) Abigaasi tüüp ja rõhk.

Alumiiniumi ja selle sulamite lõikamisel on abigaaside tüübil ja rõhul oluline mõju lõikekiirusele, lõikeräbu haardumisele ja lõikepinna karedusele.

Kasutades O2 abigaasina, kaasneb lõikamisprotsessiga oksüdatiivne eksotermiline reaktsioon, mis on kasulik lõikekiiruse parandamiseks. Sälgus tekib aga kõrge sulamistemperatuuri ja kõrge viskoossusega oksiidräbu Al2O3. Kui räbu voolab sisselõikes, muutub tekkiv lõikepind oma suure soojussisalduse tõttu sekundaarse sulamise tõttu paksemaks. Teisest küljest, kui räbu juhitakse lõike põhja, suureneb lisaõhuvoolu ja töödeldava detaili soojusjuhtivuse tõttu viskoossus veelgi ja voolavus muutub kehvaks, moodustades sageli kleepuvat räbu, mis töödeldava detaili alumisel pinnal on raske eemaldada. Selleks tuleb gaasi rõhku tõsta. Samas on CO2 abigaasina kasutades saadud lõikepind suhteliselt kare. Kui lõikekiirus läheneb maksimaalsele lõikekiirusele, paraneb lõikepinna karedus.

Abigaasina N2, kuna N2 ei reageeri lõikamisprotsessis mitteväärismetalliga, ei ole räbu puuritavus kuigi hea ja isegi kui see on lõikekoha põhja riputatud, on seda lihtne eemaldada. Seega, kui gaasirõhk on suurem kui 0,5 MPa, on võimalik saavutada räbuvaba lõikamine, kuid lõikekiirus on väiksem kui abigaasil. Vastupidi, kareduse ja käibekiiruse vaheline seos on põhimõtteliselt lineaarne. Mida väiksem on pöördekiirus, seda väiksem on karedus. Lisaks on sulamielementide sisaldus madal ja lõikepinna karedus on suur. Kõrge legeerelementide sisaldusega alumiiniumsulamite lõikepinna karedus on aga väike.

Lennunduse alumiiniumisulamite lõikamisel kasutatakse ka kahepoolset lisaõhuvoolu. See tähendab, et sisemine otsik kiirgab lämmastikku ja välimine otsik hapnikuvoogu, gaasirõhuga 0,8 M pa on võimalik saada liimijääkidest vaba lõikepind.

(3) Lõikeprotsess ja parameetrid.

Alumiiniumi ja alumiiniumsulamite CO2 pideva laserlõikuse peamised tehnilised probleemid on räbu lisamise kõrvaldamine ja lõikepinna kareduse parandamine. Lisaks sobiva abigaasi ja lõikekiiruse valikule saab räbu tekke vältimiseks rakendada ka järgmisi meetmeid.

1. Eelkatke alumiiniumplaadi tagaküljele grafiidipõhise kleepumisvastase aine kiht.

Alumiiniumisulamist plaatide pakendamiseks kasutatav kile võib samuti takistada räbu kleepumist.

Tabel 2-6 A1CuMgmn sulami CO 2 -laserlõikamise võrdlusmaterjalid.

Tabel 2-7 CO 2 laserlõikamise parameetrid alumiiniumisulami, alumiiniumtsingi vasesulami ja alumiiniumi ränisulami jaoks.