Часть 2. Оборудование для экспериментального исследования лазерной резки листового дюралюминия

Основной проблемой технологии лазерной резки алюминиевых сплавов является высокая энергоемкость процесса и, как следствие этого, низкая производительность обработки. Очевидным методом решения данной проблемы могло бы быть использование лазерного технологического оборудования высокой мощности. Лазерные установки последнего поколения имеют показатели выходной мощности в диапазоне 4-6 КВт при высоком качестве излучения и по заявленным характеристикам позволяют резать отдельные виды алюминиевых сплавов толщиной до 8-10 мм при давлении режущего газа до 20 аи. Однако данные установки не получили широкого распространения по причине очень высокой их стоимости и, что не менее важно, стоимости эксплуатационных затрат и обслуживания.

При резке алюминиевых сплавов заметно проявляется преимущество твердотельных ИАГ – лазеров (длина волны 1,06 мкм) перед газовыми CO₂ лазерами (длина волны 10,6 мкм). Поглощательная способность дюралюминия на длине волны ИАГ – лазера существенно выше, чем газового лазера и достигает 8 %. Таким образом, энергия лазерного луча используется гораздо более эффективно. Кроме того, лазерный пучок с более короткой длиной волны можно сфокусировать в пятно меньшого диаметра, тем самым повысить плотность мощности излучения на материале. Поэтому, например, результаты резки дюрали ИАГ - лазером мощностью 500 Вт сопоставимы с резкой СО2 лазером мощностью 1500 Вт. В твердотельных лазерах гораздо легче, чем в газовых, реализуется суперимпульсный режим генерации, т. е. режим, при котором мощность в импульсе многократно превышает среднюю. Реализация суперимпульсного режима позволяет получить, в зависимости от типа излучателя, импульсную мощность до 10 кВт при средней мощности порядка 500 Вт.

Благодаря перечисленным выше особенностям твердотельных лазеров, последние получили определенное распространение для решения задач по раскрою алюминиевых сплавов, при этом удалось достичь приемлемых показателей качества и стоимости работ при резке алюминиевых сплавов не больших толщин.

Существенным ограничением в развитии импульсной резки является ограниченность мощности излучателей. Характерная средняя мощность импульсных твердотельных лазеров на сегодняшний день не превышает 1,2-1,5 кВт. Трудности в развитии лазеров данного класса объясняется, с одной стороны, резким ухудшением качества излучения при увеличении длины активных элементов вследствие их оптической неоднородности. С другой стороны, лазеры данного класса отличаются повышенными эксплуатационными расходами вследствие низкого КПД, высокой стоимости и низким ресурсом ламп накачки. Суперимпульсный режим генерации, реализуемой при диодной накачке, трудно осуществим, и находится в стадии развития. Кроме того, повышение импульсной мощности не всегда целесообразно, т.к. связано с увеличением плотности приповерхностной плазмы и снижением коэффициента поглощения из-за отражения. Дополнительную трудность для широкого развития рассматриваемой технологии представляют низкие показатели шероховатости поверхности реза, что характерно для большинства разрезаемых алюминиевых сплавов.

По вышеперечисленным причинам для выполнения настоящей работы было отдано предпочтение ИАГ лазерной установке МГИУ 1, работающей в импульсно-периодическом режиме при средней мощности излучения до 300 Вт, а не технологическому лазерному комплексу на базе СО2 лазера Лантан-3М непрерывного режима генерации при мощности излучения до 3 КВт.