लेजर कटिंग और इसकी प्रसंस्करण प्रणाली

लेजर कटिंगआवेदन

तेज़ अक्षीय प्रवाह वाले CO2 लेज़र मुख्य रूप से धातु सामग्री की लेज़र कटिंग के लिए उपयोग किए जाते हैं, मुख्य रूप से उनकी उच्च बीम गुणवत्ता के कारण। हालांकि अधिकांश धातुओं की CO2 लेज़र बीम के प्रति परावर्तनशीलता काफी अधिक होती है, कमरे के तापमान पर धातु की सतह की परावर्तनशीलता तापमान और ऑक्सीकरण की मात्रा में वृद्धि के साथ बढ़ती है। एक बार धातु की सतह क्षतिग्रस्त हो जाने पर, धातु की परावर्तनशीलता लगभग 1 के बराबर हो जाती है। धातु की लेज़र कटिंग के लिए, उच्च औसत शक्ति आवश्यक होती है, और केवल उच्च-शक्ति वाले CO2 लेज़र ही इस शर्त को पूरा करते हैं।

1. इस्पात सामग्री की लेजर कटिंग

1.1 CO2 निरंतर लेजर कटिंग CO2 निरंतर लेजर कटिंग के मुख्य प्रक्रिया मापदंडों में लेजर शक्ति, सहायक गैस का प्रकार और दबाव, कटिंग गति, फोकल स्थिति, फोकल गहराई और नोजल ऊंचाई शामिल हैं।

(1) लेजर शक्ति: लेजर शक्ति काटने की मोटाई, काटने की गति और चीरे की चौड़ाई पर बहुत अधिक प्रभाव डालती है। अन्य मापदंडों के स्थिर रहने पर, काटने की गति प्लेट की मोटाई बढ़ने के साथ घटती है और लेजर शक्ति बढ़ने के साथ बढ़ती है। दूसरे शब्दों में, लेजर शक्ति जितनी अधिक होगी, उतनी ही मोटी प्लेट काटी जा सकेगी, काटने की गति उतनी ही तेज होगी और चीरे की चौड़ाई थोड़ी अधिक होगी।

(2) सहायक गैस का प्रकार और दाब: कम कार्बन स्टील की कटाई करते समय, CO2 का उपयोग सहायक गैस के रूप में किया जाता है ताकि लोहे-ऑक्सीजन दहन प्रतिक्रिया की ऊष्मा का उपयोग कटाई प्रक्रिया को बढ़ावा देने के लिए किया जा सके। कटाई की गति अधिक होती है और चीरे की गुणवत्ता अच्छी होती है, विशेष रूप से चिपचिपा स्लैग रहित चीरा प्राप्त किया जा सकता है। स्टेनलेस स्टील की कटाई करते समय भी CO2 का उपयोग किया जाता है। स्लैग चीरे के निचले हिस्से में आसानी से चिपक जाता है। CO2 + N2 मिश्रित गैस या दोहरी परत वाली गैस प्रवाह का अक्सर उपयोग किया जाता है। सहायक गैस का दाब कटाई प्रभाव पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालता है। गैस के दाब को उचित रूप से बढ़ाने से गैस प्रवाह की गति में वृद्धि और स्लैग हटाने की क्षमता में सुधार के कारण चिपचिपा स्लैग रहित कटाई की गति बढ़ सकती है। हालांकि, यदि दाब बहुत अधिक हो, तो कटी हुई सतह खुरदरी हो जाती है। चीरे की सतह की औसत खुरदरापन पर ऑक्सीजन दाब का प्रभाव नीचे दिए गए चित्र में दर्शाया गया है।

शरीर का दबाव प्लेट की मोटाई पर भी निर्भर करता है। 1 किलोवाट CO2 लेजर से कम कार्बन स्टील को काटते समय, ऑक्सीजन दबाव और प्लेट की मोटाई के बीच संबंध नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है।

(3) कटिंग गति: कटिंग की गुणवत्ता पर कटिंग गति का महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। लेजर शक्ति की कुछ निश्चित स्थितियों में, कम कार्बन स्टील की कटिंग करते समय अच्छी कटिंग गति के लिए विशिष्ट ऊपरी और निचली क्रांतिक सीमाएँ होती हैं। यदि कटिंग गति क्रांतिक सीमा से अधिक या कम हो, तो स्लैग चिपकने की समस्या उत्पन्न हो सकती है। धीमी कटिंग गति के कारण, कटिंग एज पर ऑक्सीकरण अभिक्रिया की ऊष्मा का क्रिया समय बढ़ जाता है, कटिंग की चौड़ाई बढ़ जाती है और कटिंग सतह खुरदरी हो जाती है। जैसे-जैसे कटिंग गति बढ़ती है, चीरा धीरे-धीरे संकरा होता जाता है, यहाँ तक कि ऊपरी चीरे की चौड़ाई स्पॉट के व्यास के बराबर हो जाती है। इस समय, चीरा थोड़ा वेज के आकार का होता है, जो ऊपर से चौड़ा और नीचे से संकरा होता है। कटिंग गति लगातार बढ़ने पर, ऊपरी चीरे की चौड़ाई लगातार कम होती जाती है, लेकिन चीरे का निचला भाग अपेक्षाकृत चौड़ा हो जाता है और उल्टे वेज के आकार का हो जाता है।

(5) फोकस की गहराई

फोकस की गहराई का काटने की सतह की गुणवत्ता और काटने की गति पर निश्चित प्रभाव पड़ता है। अपेक्षाकृत बड़ी स्टील प्लेटों को काटते समय, अधिक फोकस गहराई वाली बीम का उपयोग किया जाना चाहिए; पतली प्लेटों को काटते समय, कम फोकस गहराई वाली बीम का उपयोग किया जाना चाहिए।

(6) नोजल की ऊंचाई

नोजल की ऊंचाई से तात्पर्य सहायक गैस नोजल के अंतिम सिरे से वर्कपीस की ऊपरी सतह तक की दूरी से है। नोजल की ऊंचाई जितनी अधिक होगी, उससे निकलने वाली सहायक वायु का प्रवाह उतना ही अस्थिर हो सकता है, जिससे कटिंग की गुणवत्ता और गति प्रभावित होती है। इसलिए, लेजर कटिंग करते समय नोजल की ऊंचाई को आमतौर पर न्यूनतम रखा जाता है, जो आमतौर पर 0.5 से 2.0 मिमी होती है।

① लेजर संबंधी पहलू

ए. लेजर की शक्ति बढ़ाएँ। अधिक शक्तिशाली लेजर विकसित करना, काटने की मोटाई बढ़ाने का एक सीधा और प्रभावी तरीका है।

बी. पल्स प्रोसेसिंग। पल्स लेजर की पीक पावर बहुत अधिक होती है और यह मोटी स्टील प्लेटों को भेद सकती है। उच्च आवृत्ति और संकीर्ण पल्स चौड़ाई वाली पल्स लेजर कटिंग तकनीक का उपयोग करके लेजर पावर बढ़ाए बिना मोटी स्टील प्लेटों को काटा जा सकता है, और चीरा का आकार निरंतर लेजर कटिंग की तुलना में छोटा होता है।

सी. नए लेजर का उपयोग करें

② प्रकाशिक प्रणाली

ए. अनुकूली प्रकाशिक प्रणाली। पारंपरिक लेजर कटिंग से इसका अंतर यह है कि इसमें फोकस को कटिंग सतह के नीचे रखने की आवश्यकता नहीं होती है। जब स्टील प्लेट की मोटाई की दिशा में फोकस की स्थिति कुछ मिलीमीटर ऊपर-नीचे होती है, तो अनुकूली प्रकाशिक प्रणाली में फोकल लंबाई फोकस की स्थिति में बदलाव के साथ बदल जाती है। फोकल लंबाई में ये ऊपर-नीचे परिवर्तन लेजर और वर्कपीस के बीच सापेक्ष गति के अनुरूप होते हैं, जिससे वर्कपीस की गहराई के साथ फोकस की स्थिति भी ऊपर-नीचे बदलती रहती है। फोकस की स्थिति में बाहरी परिस्थितियों के अनुसार परिवर्तन करने वाली यह कटिंग प्रक्रिया उच्च गुणवत्ता वाली कटिंग प्रदान कर सकती है। इस विधि की कमी यह है कि कटिंग की गहराई सीमित होती है, आमतौर पर 30 मिमी से अधिक नहीं।

b. द्विफोकल कटिंग तकनीक। एक विशेष लेंस का उपयोग बीम को अलग-अलग भागों पर दो बार फोकस करने के लिए किया जाता है। जैसा कि चित्र 4.58 में दिखाया गया है, D लेंस के मध्य भाग का व्यास है और लेंस के किनारे वाले भाग का व्यास है। लेंस के केंद्र पर वक्रता त्रिज्या आसपास के क्षेत्र की तुलना में अधिक होती है, जिससे दोहरा फोकस बनता है। कटिंग प्रक्रिया के दौरान, ऊपरी फोकस वर्कपीस की ऊपरी सतह पर स्थित होता है, और निचला फोकस वर्कपीस की निचली सतह के पास स्थित होता है। इस विशेष दोहरे फोकस वाली लेजर कटिंग तकनीक के कई फायदे हैं। माइल्ड स्टील की कटिंग के लिए, यह न केवल धातु की ऊपरी सतह पर उच्च-तीव्रता वाली लेजर बीम को बनाए रख सकता है ताकि सामग्री को प्रज्वलित करने के लिए आवश्यक शर्तें पूरी हों, बल्कि धातु की निचली सतह के पास भी उच्च-तीव्रता वाली लेजर बीम को बनाए रख सकता है ताकि प्रज्वलन की आवश्यकताओं को पूरा किया जा सके। सामग्री की मोटाई की पूरी श्रृंखला में साफ कट प्राप्त करने की आवश्यकता होती है। यह तकनीक उच्च-गुणवत्ता वाले कट प्राप्त करने के लिए मापदंडों की सीमा का विस्तार करती है। उदाहरण के लिए, 3kW CO2 का उपयोग करना। लेजर तकनीक से पारंपरिक रूप से की जाने वाली कटिंग की मोटाई केवल 15 से 20 मिमी तक ही पहुंच सकती है, जबकि ड्यूल फोकस कटिंग तकनीक का उपयोग करके की जाने वाली कटिंग की मोटाई 30 से 40 मिमी तक पहुंच सकती है।

③ नोजल और सहायक वायु प्रवाह

वायु प्रवाह क्षेत्र की विशेषताओं को बेहतर बनाने के लिए नोजल को उचित रूप से डिज़ाइन किया जाता है। सुपरसोनिक नोजल की भीतरी दीवार का व्यास पहले सिकुड़ता है और फिर फैलता है, जिससे आउटलेट पर सुपरसोनिक वायु प्रवाह उत्पन्न होता है। शॉक वेव उत्पन्न किए बिना वायु आपूर्ति का दबाव बहुत अधिक हो सकता है। लेजर कटिंग के लिए सुपरसोनिक नोजल का उपयोग करने पर कटिंग की गुणवत्ता भी आदर्श होती है। चूंकि वर्कपीस की सतह पर सुपरसोनिक नोजल का कटिंग दबाव अपेक्षाकृत स्थिर होता है, इसलिए यह मोटी स्टील प्लेटों की लेजर कटिंग के लिए विशेष रूप से उपयुक्त है।