Trong ngành công nghiệp kim loại thiêu kết, chất lượng cắt là rất quan trọng đối với hiệu suất của sản phẩm cuối cùng. Trong số nhiều phương pháp cắt khác nhau, cắt laser nổi bật nhờ độ chính xác cao, tính chất không{1} tiếp xúc và tính linh hoạt.
Tuy nhiên, khi cắt các vật liệu kim loại xốp như titan hoặc niken, tia laze sóng liên tục{0}}truyền thống có xu hướng nhận vào nhiệt quá mức, dẫn đến nóng chảy cạnh, hình thành lớp đúc lại và thậm chí tắc nghẽn lỗ chân lông. Điều này làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến tính thấm, hoạt tính xúc tác hoặc hiệu quả lọc của vật liệu.
Bài viết này đi sâu vào các quy trình và công nghệ laser tiên tiến nhằm giải quyết cơ bản thách thức này.
1. Nguyên nhân cốt lõi: Tại sao xảy ra hiện tượng nóng chảy cạnh?
Hiểu được nguyên nhân là chìa khóa để tìm ra giải pháp. Bản chất của hiện tượng nóng chảy cạnh là "quá nóng".
Hiệu ứng tích tụ nhiệt: Nỉ kim loại bao gồm các sợi liên kết với nhau. Mặc dù độ dẫn nhiệt của nó tốt hơn nỉ polyme nhưng cấu trúc xốp ba{1} chiều của nó dẫn đến đường dẫn nhiệt không liên tục và khả năng tỏa nhiệt thấp hơn so với các tấm kim loại rắn. Năng lượng đầu vào liên tục từ tia laser CW khiến nhiệt tích tụ nhanh chóng trong vùng cắt-vượt quá điểm nóng chảy của vật liệu-trước khi nhiệt có thể khuếch tán vào vật liệu khối.
Đặc tính vật liệu: Titan và niken đều là kim loại phản ứng, trong đó titan có ái lực cao với oxy và nitơ. Ở nhiệt độ cao, các cạnh cắt trải qua quá trình oxy hóa và nitrat hóa, tạo thành các lớp hợp chất cứng và giòn. Điều này đi kèm với việc tái{2}}hóa rắn của vật liệu nóng chảy, phá hủy cấu trúc và độ xốp ban đầu của sợi.
2. Giải pháp: Bước nhảy vọt về công nghệ từ “Liên tục” sang “Xung”
Nguyên tắc cốt lõi là giảm tổng lượng nhiệt đầu vào và cung cấp đủ “thời gian làm mát” cho vật liệu. Điều này chủ yếu đạt được thông qua hai công nghệ chính:
►1. Áp dụng Laser sợi xung – Giải pháp cốt lõi
Không giống như tia laser sóng-liên tục, tia laser dạng xung phát ra "xung laser" ở tần số rất cao và khoảng thời gian cực ngắn (mức nano giây, pico giây hoặc thậm chí là femto giây). Mỗi xung tạo ra một điểm cắt bỏ hoặc bay hơi nhỏ, trong khi trong khoảng thời gian giữa các xung, vật liệu đủ nguội.
►2. Tối ưu hóa khí hỗ trợ – Yếu tố hiệp đồng không thể thiếu
Khí hỗ trợ đóng vai trò kép trong quá trình cắt laser: đẩy vật liệu nóng chảy và tham gia vào các phản ứng hóa học. Việc lựa chọn khí đặc biệt quan trọng đối với các vật liệu-dễ bị oxy hóa như titan và nỉ niken.
Lựa chọn ưu tiên: Khí trơ có độ tinh khiết cao- (ví dụ: Argon, Ar)
Chức năng: Tạo ra bầu không khí bảo vệ, cách ly hiệu quả lưỡi cắt khỏi oxy và nitơ để ngăn chặn các phản ứng hóa học ở nhiệt độ cao. Đồng thời, luồng khí-tốc độ cao sẽ nhanh chóng loại bỏ vật liệu bốc hơi hoặc nóng chảy ở mức tối thiểu khỏi rãnh cắt, ngăn chặn sự tái-lắng đọng và đông đặc của vật liệu đó trên các cạnh sợi.
Thận trọng khi sử dụng: Oxy/Khí nén
Trong khi quá trình cắt bằng oxy đối với thép cacbon làm tăng tốc độ thông qua phản ứng tỏa nhiệt, thì đối với titan và niken, nó gây ra quá trình oxy hóa nghiêm trọng ở cạnh cắt, tạo thành một lớp oxit dày, giòn kèm theo sự nóng chảy đáng kể và cần phải tuyệt đối tránh.
3. Kiểm soát thông số quy trình chính: Đạt được "Vi phẫu" chính xác
Ngay cả với laser dạng xung và khí trơ, việc cài đặt thông số là bước cuối cùng quyết định thành công.
►Công suất cực đại & Tần số xung: Công suất cực đại cao hơn đảm bảo quá trình bay hơi vật liệu hiệu quả, trong khi tần số xung phù hợp (không nhất thiết phải cao hơn thì tốt hơn) phải phù hợp với tốc độ cắt để đảm bảo đủ thời gian làm mát cho mỗi xung.
►Tốc độ cắt: Tốc độ quá chậm dẫn đến lượng nhiệt đầu vào quá mức; quá nhanh có thể dẫn đến vết cắt không hoàn chỉnh hoặc cạnh thô. Mục tiêu là sử dụng tốc độ cao nhất có thể trong khi vẫn đảm bảo khả năng xuyên thấu hoàn toàn.
►Vị trí tiêu điểm: Căn chỉnh chính xác tiêu điểm trên hoặc hơi bên trong bề mặt vật liệu để đạt được đường kính điểm nhỏ nhất và mật độ năng lượng cao nhất để cắt mịn hơn.
►Tốc độ dòng khí và vòi phun: Chọn đường kính vòi thích hợp và đảm bảo luồng khí trơ có độ tinh khiết cao,-đủ ổn định để tạo thành một tấm màn bảo vệ hiệu quả và khả năng phóng hiệu quả.
