ניתוח חיתוך בלייזר לחומרי טיטניום

חיתוך לייזר הוא תהליך נפוץ-בדיוק גבוה לעיבודחומרי טיטניום וסגסוגת טיטניום. זה מיושם באופן נרחב בתעופה וחלל, מכשירים רפואיים, ציוד כימי ותחומים אחרים בגלל אזור קטן-שפגוע בחום, קצוות חיתוך באיכות גבוהה-וגמישות חזקה,

 

 

העיקרון הטכני העיקרי של חיתוך לייזר הוא ההשפעה התרמית של קרני לייזר בצפיפות -אנרגיה- גבוהה ותהליך חיתוך האידוי:

 

1. לייזר בעוצמה גבוהה- מכוון אל פני השטח של חומר הטיטניום. הוא יכול להעלות באופן מיידי את הטמפרטורה המקומית לנקודת הרתיחה של טיטניום ולגרום לאדי החומר במהירות וליצור חורים.

 

2. גז עזר מרוסס החוצה דרך פיית ראש החיתוך. הוא מעיף את הטיטניום המאוד מאזור החיתוך ושומר על אוויר בחוץ. אז זה מונע מטיטניום להגיב עם חמצן בטמפרטורות גבוהות ויוצר תחמוצת טיטניום שבירה.

 

3. כאשר קרן הלייזר וחומר העבודה זזים זה לזה, החורים יימתחו לאורך נתיב החיתוך, ולבסוף יוצרים משטח חיתוך רציף.

 

 

 

התכונות הפיזיקליות משפיעות על קושי החיתוך שלהם ועל מאפייני התהליך:

 

1. תגובתיות גבוהה: טיטניום מגיב בקלות עם אלמנטים, כמו O, N ו-H בטמפרטורות גבוהות. תחמוצת הטיטניום מפחיתה את הקשיחות של קצה החיתוך ואף עלולה לגרום לסדקים, ולכן עלינו להשתמש בהגנה מפני גז אינרטי.

 

2. מוליכות תרמית גבוהה: לטיטניום מוליכות תרמית נמוכה יותר מפלדה, אך היא גבוהה מפלדת אל חלד. במהלך החיתוך, החום מועבר בקלות לאזור שמסביב. הוא זקוק לשליטה מדויקת בעוצמת הלייזר ובמהירות החיתוך כדי להימנע מאזור מושפע מחום- גדול מדי.

 

3. נקודות התכה/רתיחה גבוהות: אנחנו צריכים קרן לייזר עם צפיפות אנרגיה גבוהה יותר. בדרך כלל, עלינו לבחור בלייזר סיבים ולשלוט בקוטר הנקודה הממוקדת בין 0.1-0.3 מ"מ.

 

4. יתרונות איכות החיתוך: בניגוד לחיתוך פלזמה וחיתוך בהזרקת מים, לחומרי טיטניום-לחתוך בלייזר יש חתכים חלקים- וניצב גבוה, הוא יכול לעמוד בדרישות של רכיבים דיוק- גבוה מבלי לבצע שחיקה לאחר מכן.

 

 

1. טיפול מקדים והידוק חומרים

לפני החיתוך, הסר כתמי שמן וקשקשי תחמוצת ממשטח חומר הטיטניום כדי למנוע זיהומים המשפיעים על איכות החיתוך.

במהלך חיתוך, השתמש בספיחת ואקום או במתקנים מיוחדים כדי להחזיק את חומר העבודה בחוזקה במקומו, על מנת למנוע עיוות תרמי לגרום לסטיות ממדים.

 

2. הבדלים בין צלחת עבה לחיתוך צלחת דקה

לוחות דקות (3 מ"מ): הגדל את מהירות החיתוך, הפחת את כוח הלייזר, ומזער את האזור המושפע מהחום-. זה יכול להתאים לעיבוד חלקים מדויק (שתלים רפואיים).

לוחות עבים (~10 מ"מ): יש להגביר את כוח הלייזר, בשילוב עם מצב דופק לחיתוך מגזרי ומרובה. בינתיים, עלינו להגביר את לחץ הגז המסייע כדי להבטיח פריקת סיגים מלאה.

 

 

בעיות	גורמים	פתרונות
חמצון ושינוי צבע של קצוות חיתוך	טוהר לא מספיק/לחץ נמוך של גז עזר	השתמש בארגון -טוהר גבוה; להגביר את לחץ הגז
כתמים על החתך	סטיית מיקום מוקד/מהירות מהירה מדי	כייל את נקודת המוקד; להפחית את מהירות החיתוך
אזור מושפע חום- גדול מדי	כוח לייזר גבוה מדי/מהירות איטית מדי	בצע אופטימיזציה של-התאמת מהירות כוח; השתמש בלייזר דופק
דפורמציה של לוחית	ריכוז חום/הידוק לא מספק	הוסף אמצעי קירור; השתמש במתקנים מרובי-נקודות לקיבוע