Desempenho do corte a laser industrial entre a tecnologia fibra e CO2 (Part1)

O uso directo de laseres de díodo para corte de chapa tem alto potencial para diminuir os custos operacionais mas actualmente a implementação em ambientes industriais é limitado pela qualidade do feixe. Neste Post tentarei descrever algum do desempenho de um DDL – “laser de díodo directo” e a qualidade do feixe que se tenta documentar, tanto para o corte e fusão da chama e comparação com as fontes de um laser de fibra e um laser convencional de CO2.
Testes experimentais foram realizados para o aço e alumínio com base num projecto de abordagem à experimentação, além disso é se tentado descrever aqui um modelo analítico com foco na absorção de laseres em metais que preveja e esclareça variação de desempenho. Embora a qualidade feixe de laser observado é ainda menor do que as outras tecnologias estudadas industrialmente e das velocidades de corte relevantes com qualidade de superfície aceitável que são realizáveis com DDL que futuramente podem ser validados pela continuação deste estudo em busca de mais resultados para um estudo valido.
1. Motivo e estado da arte
Mesmo que o corte a laser de chapas de metal é um processo bem estabelecido um mercado exigente em termos de qualidade de processo e custos globais faz com que qualquer melhoria adicional seja uma possível diferenciação do produto, a diminuição de investimentos e custos operacionais são alvos comuns assim. O tipo de fonte de laser é o principal facto que influencia neste contexto. Laseres de díodo têm o potencial de diminuir consideravelmente os custos operacionais de alta potência largo da área laseres de díodo são as fontes de laser mais eficientes; e saída duma alta potência com uma proporção característica por unidade de peso permite uma utilização óptima do espaço; a versatilidade de comprimento de onda que dá a possibilidade de seleccionar uma sessão de um alvo tendo em consideração a absorção da radiação no metal ou a segurança da vista; com uma manutenção baixa e um alta esperança de vida para os sistemas de laser de díodo comum de produção totalmente automatizada dos componentes ópticos e ainda a possível montagem diminuindo os custos do investimento.
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Até o momento a implementação de laseres de díodo como fontes directas para corte a laser de chapas de metal não foi possível devido à baixa qualidade do feixe de laser viável nestes sistemas. Isto pode ser ilustrado por meio do BPP-Parâmetro Produto do Feixe, a IMAGEM01 mostra um gráfico dos dados recolhidos de uma conferência internacional em 2014 sobre laser que mapear as regiões típicas do processamento de laser para diferentes qualidades de feixe e os poderes dos sistemas de laser disponíveis no mercado actual. Desenvolvimentos recentes em técnicas de acoplamento feixe utilizando para ampliar o poder de laseres de díodo e melhorar significativamente a qualidade do feixe, possibilitando a aplicação em processos como corte a laser exigentes. Os avanços nas técnicas de acoplamento comum tem sido conseguido por vários fabricantes e lado-a-lado de acoplamento do feixe é utilizado nas matrizes de doídos laser convencionais que requerem bem concebidos microscópio góticos enquanto a polarização e acoplamento comprimento da onda melhoraram devido a melhores revestimentos ópticos. Além disso novas técnicas são promissores para alcançar qualidades do feixe comparáveis com fibra multi-modo e laseres de disco como o empilhamento de um único num único passo e com uma combinação do comprimento de onda quanto aos bares que utilizam os espelhos concessão e a utilização de conversores de qualidade de feixe.
Embora seja claro que alguns dos resultados recentes do desenvolvimento de laseres de díodo alcançam uma qualidade de feixe adequado a ser utilizado para corte de chapa de metal e os limites exactos que determinam a qualidade do feixe de energia necessária e ainda que não estejam claras. Uma premissa comum afirma que a melhor qualidade do feixe pode levar a um melhor desempenho de corte mas a falta de dados experimentais da literatura a respeito de corte a laser com laseres de díodo concede nenhuma validação para esta suposição. Este Post tenta avaliar o corte de fusão a laser e a oxi-corte de diversos materiais seguindo uma metodologia baseada nas experiências do desenho técnico e a comparação pode ser feita com tecnologias estabelecidas neste domínio de aplicação de laser CO2. Além disso um modelo de análise com base na absorção de Fresnel nas superfícies de metal é utilizado a fim de compreender o impacto de diferentes comprimentos de onda, assim o rendimento do corte e potências mediante as geometrias. Por fim conclui-se que as velocidades de corte industriais relevantes com qualidade de corte aceitável são realizáveis com a tecnologia actual.
2. Instalação experimental e o desenho de planeamento das experiências
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Para o trabalho experimental uma fonte de laser de com 2 kw de potência nominal guiado através dum pórtico CNC. Detalhes referentes às medições de energia em diferentes estágios da entrada do laser e a análise do feixe e consumo de energia eléctrico.
A fonte pode ser composta por quatro módulos com diferentes intensidades e comprimentos de onda e em cada módulo é obtido utilizando técnicas de acoplamento de empilhamento e polarização óptica. Todos os quatro feixes de díodo são sobrepostos por meio de acoplamento e finalmente comprimento de onda guiada através de uma feixe óptico. A cabeça de corte com uma lente de colimação 150 mm e três lentes com foco opcionais, 80, 125 e 150 mm pode ser utilizado como se indica na IMAGEM02 que mostra o resultado duma análise dum feixe para uma opção de focagem de 125 mm utilizando um dispositivo de focagem. A BPP foi encontrado para ser 24,6 mm mrad.
Os materiais utilizados nas experiências de corte foram seleccionados de modo a representar os mais comuns materiais industrialmente relevantes enquanto os dados para a obtenção de um largo espectro de possíveis processos de absorção e comportamentos. Alumínio (AW-5083 por um milímetro, AW-5086 para 2 mm e AW-5754 para 4 e 6 mm) e de aço inoxidável 304 L foram cortadas com nitrogénio para estudar fusão corte com diferentes características de absorção. Para representar o processo de corte térmico, aço estrutural (S235 para espessuras de até 4 mm e S355 para chapas mais grossas) foi utilizado.
Um procedimento sistemático baseado em Doe foi utilizada para os ensaios de corte a fim de obter os parâmetros de corte bem optimizados em termos de velocidade de corte para cada combinação de material e espessura. Um exemplo de 1 mm de espessura de aço inoxidável é dada em [11], enquanto uma descrição mais detalhada pode ser encontrada em formulários próprios [12]. Para o conjunto optimizado de parâmetros, a qualidade de corte foi avaliada de acordo com a UNI EN ISO 9013. A rugosidade pode ser medida com um aparelho de medição de rugosidade Taylor-Hobson Formulário Talysurf-120L, enquanto o ângulo de inclinação borda de corte pode determinado com um Mitutoyo FN905 3D CMM Quickvision microscópio. A classificação final foi determinado de acordo com o pior resultado destes dois tipos de medições e normalmente cai na rigorosas (0), o intermediário (I) ou categorias moderadas (II). Se nenhuma correspondência for encontrada na amostra não pode ser classificado (N).
3. Comportamento de absorção para diferentes fontes
Continuação – http://rishivadher.blogspot.pt/2016/02/desempenho-do-corte-laser-industrial.html
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