I sintrade metallindustrin är skärkvaliteten avgörande för slutproduktens prestanda. Bland olika skärmetoder utmärker sig laserskärning för sin höga precision, beröringsfria-natur och flexibilitet.
Men när man skär porösa metallmaterial som titan- eller nickelfilt är traditionella kontinuerliga-vågslasrar utsatta för överdriven värmetillförsel, vilket leder till kantsmältning, bildning av omgjutna skikt och till och med porblockering. Detta äventyrar allvarligt materialets permeabilitet, katalytiska aktivitet eller filtreringseffektivitet.
Den här artikeln fördjupar sig i avancerade laserprocesser och teknologier som i grunden tar sig an denna utmaning.
1. Rotorsak: Varför uppstår kantsmältning?
Att förstå orsaken är nyckeln till att hitta en lösning. Kärnan i kantsmältning är "överhettning".
Värmeackumuleringseffekt: Metallfilt består av sammankopplade fibrer. Även om dess värmeledningsförmåga är bättre än polymerfilt, resulterar dess tre-porösa struktur i diskontinuerliga värmeledningsbanor och lägre värmekapacitet jämfört med solida metallplåtar. Den kontinuerliga energiinmatningen från en CW-laser gör att värme ackumuleras snabbt i skärzonen -över materialets smältpunkt-innan den kan diffundera in i bulkmaterialet.
Materialegenskaper: Titan och nickel är båda reaktiva metaller, där titan har hög affinitet för syre och kväve. Vid höga temperaturer genomgår skärkanterna oxidation och nitrering, vilket bildar hårda och spröda sammansättningsskikt. Detta åtföljs av åter-stelning av smält material, vilket förstör den ursprungliga fiberstrukturen och porositeten.
2. Lösningen: Teknologiskt språng från "kontinuerlig" till "pulsad"
Kärnprincipen är att minska den totala värmetillförseln och ge tillräcklig "kyltid" för materialet. Detta uppnås främst genom två nyckelteknologier:
►1. Att använda pulserande fiberlasrar – kärnlösningen
Till skillnad från lasrar med kontinuerliga-vågor sänder pulsade lasrar ut "laserpulser" vid mycket höga frekvenser och extremt korta varaktigheter (nanosekund, pikosekund eller till och med femtosekundnivåer). Varje puls skapar en liten punkt av ablation eller förångning, medan under intervallet mellan pulserna svalnar materialet tillräckligt.
►2. Optimering av hjälpgas – ett oumbärligt synergistiskt element
Hjälpgas spelar en dubbel roll vid laserskärning: sprutar ut smält material och deltar i kemiska reaktioner. Valet av gas är särskilt viktigt för oxidationsbenägna-material som titan och nickelfilt.
Önskat val: Inerta gaser med hög-renhet (t.ex. argon, ar)
Funktion: Skapar en skyddande atmosfär som effektivt isolerar skärkanten från syre och kväve för att förhindra kemiska reaktioner vid höga temperaturer. Samtidigt tar gasflödet med hög-hastighet omedelbart bort förångat eller minimalt smält material från snittet, vilket förhindrar åter-avsättning och stelning på fiberkanterna.
Använd med försiktighet: Syre/tryckluft
Medan syreskärning av kolstål ökar hastigheten genom en exoterm reaktion, för titan och nickel, orsakar det allvarlig oxidation av skärkanten, vilket bildar ett tjockt, sprött oxidskikt åtföljt av betydande smältning, och bör absolut undvikas.
3. Key Process Parameter Control: Att uppnå precision "Mikrokirurgi"
Även med en pulsad laser och inert gas är parameterinställningar det sista steget som avgör framgång.
►Toppeffekt och pulsfrekvens: Högre toppeffekt säkerställer effektiv materialförångning, medan en lämplig pulsfrekvens (inte nödvändigtvis högre är bättre) måste matcha skärhastigheten för att säkerställa tillräcklig kylningstid för varje puls.
►Skärhastighet: För låg hastighet leder till för hög värmetillförsel; för snabbt kan resultera i ofullständiga snitt eller ojämna kanter. Målet är att använda högsta möjliga hastighet samtidigt som man säkerställer fullständig penetration.
►Fokal position: Rikta in fokus exakt på eller något innanför materialytan för att uppnå minsta punktdiameter och högsta energitäthet för finare skärning.
►Munststycke och gasflöde: Välj en lämplig munstycksdiameter och säkerställ ett tillräckligt, stabilt flöde av hög-ren inert gas för att bilda en effektiv skyddsridå och effektiv utstötningsförmåga.
