금속 레이저 절단의 원리는 레이저 빔을 열원으로 사용하여 금속 재료의 표면에 조사하여 금속 재료의 표면 온도를 녹는점(끓는점)까지 상승시키는 것입니다. 동시에 노즐에서는 레이저 빔 조사 방향과 평행하게 절단 가스를 분사하여 소재를 용융(기화)시킵니다. 날려 버리세요(절단 가스가 산소와 같은 활성 가스인 경우 절단 가스도 금속 재료와 반응하여 산화열을 제공합니다). 모션 장치를 제어함으로써 절단 헤드는 미리 정해진 경로를 따라 이동하여 다양한 모양의 공작물을 절단합니다.

레이저 절단기가 금속을 절단하는 과정에서 입사되는 레이저의 출력 밀도가 다르며 금속 재료 표면의 변화도 다릅니다. 일반적으로 금속 재료 표면의 레이저 출력 밀도가 10MW/센티미터² 정도에 도달하면 금속 재료 표면이 재료의 끓는점까지 빠르게 가열되어 금속 증기로 강하게 기화됩니다. 금속 재료 표면의 레이저 출력 밀도가 100MW/센티미터²를 초과하면 제때에 방전되지 못한 금속 증기가 레이저 에너지에 의해 재가열되어 플라즈마 구름을 형성하게 됩니다.

금속 재료의 레이저 절단으로 생성된 플라즈마 구름의 대부분은 절단 가스에 의해 날아가고 나머지 작은 부분은 플라즈마 구름을 형성하여 금속 절단에 영향을 미칩니다.

1) 플라즈마 구름은 금속 재료의 표면에 머물면서 레이저 에너지의 전달을 방해하고 절단 속도를 감소시킵니다.

2) 노즐 아래에 갇힌 플라즈마 클라우드는 노즐과 금속 재료 사이의 정전 용량 매체를 변경할 뿐만 아니라 노즐을 가열하고 정전 용량 성능 매개변수에 영향을 미치며 정전 용량 높이 컨트롤러의 감지 결과를 방해하고 감소시킵니다. 후속 조치 제어의 정밀도가 절단 효과에 영향을 미칩니다.

현재 시중에서 널리 사용되는 2000W 레이저를 예로 들면, 100/125(시준기 렌즈 초점 거리/집속 렌즈 초점 거리) 절단 헤드와 함께 사용할 경우 피그테일의 코어 직경이 40μm 미만인 경우 평균 초점이 0일 때 광점의 전력 밀도는 100MW/센티미터² 정도에 도달합니다. 특히 얇은 금속판을 절단할 때 플라즈마 구름이 생성되기 쉽습니다.

이 문제를 해결하기 위해 다음 절단 프로세스는 플라즈마 클라우드가 절단 프로세스에 미치는 영향을 효과적으로 줄일 수 있습니다.

1. 펄스 절단을 채택하십시오. 펄스 절단 방식은 레이저의 피크 출력을 확보하는 동시에 금속 재료에 대한 레이저 조사 시간을 단축해 플라즈마 클라우드의 발생을 줄일 수 있다.

2. 레이저 절단 출력을 적절하게 줄이십시오. 다른 조건을 변경하지 않고 절단 전력을 줄이면 초점의 평균 전력 밀도를 줄이고 플라즈마 구름의 생성을 줄일 수 있습니다. 예를 들어 단일 모드 2000W 레이저를 사용하여 1mm 스테인리스 스틸을 최대 출력 및 제로 초점으로 절단하는 경우 플라즈마 구름의 영향으로 인해 절단 속도가 이상적이지 않았습니다. 절삭력을 1800W로 줄였을 때 절삭 속도가 50% 증가했습니다.

3. 절단 슬릿을 적절하게 넓힙니다. 절단 커프를 넓히면 플라즈마 구름이 아래쪽으로 분산되는 더 넓은 채널을 제공하여 플라즈마 구름이 절단에 미치는 영향을 줄일 뿐만 아니라 커프 내 슬래그 배출을 가속화하고 절단 효과를 향상시키는 데 도움이 됩니다.

4. 절단 높이를 적절하게 줄이십시오. 절단 높이는 노즐과 금속 재료 표면 사이의 플라즈마 구름의 두께를 직접적으로 결정할 뿐만 아니라(거리가 짧을수록 플라즈마 구름이 얇아짐) 절단 노즐에 가까울수록 금속 재료의 압력이 높아집니다. 노즐 중앙에서 분출되는 절단 가스(그림 2 참조) 절단 공기압의 증가는 노즐 아래 플라즈마 구름의 분산을 가속화하는 데 도움이 되며 플라즈마 구름에 의한 입사 레이저의 차폐를 감소시킵니다. 따라서 절단 헤드의 안전성 확보를 전제로 추종 거리가 짧을수록 좋습니다.

5. 적합한 절단 노즐을 사용하십시오. 적합한 노즐은 노즐 직경을 늘리지 않고도 가스 유량을 증가시킬 수 있으며 금속 플라즈마 구름의 분산을 가속화할 수 있습니다.

6. 커팅 헤드에 측면 송풍 장치와 노즐 냉각 장치를 추가합니다. 측면 송풍 장치는 플라즈마 구름의 일부를 날려 버리고 노즐 아래에 플라즈마 구름이 쌓이는 것을 줄이는 데 사용됩니다. 노즐 냉각 장치는 플라즈마 클라우드가 노즐에 미치는 열 영향을 줄이고 노즐의 용량성 성능 매개변수에 영향을 주지 않도록 할 수 있습니다.

7. 높은 샘플링 속도의 용량성 높이 조절 장치를 사용하십시오. 높은 샘플링 속도의 용량성 높이 컨트롤러는 다음과 같은 정확도를 보장할 뿐만 아니라 용량 값의 변화를 모니터링하여 노즐 아래 플라즈마 구름의 변화를 확인할 수도 있습니다. 플라즈마 클라우드의 변화를 모니터링함으로써 공작기계는 감속, 일시 정지, 펄스 절단 등의 조치를 취할 수 있습니다. 플라즈마 클라우드가 절단에 미치는 영향을 줄이기 위해.