Los láseres se utilizaron por primera vez para cortar en la década de 1970. En la producción industrial moderna, el corte por láser se usa ampliamente en el procesamiento de láminas de metal, plástico, vidrio, cerámica, semiconductores, textiles, madera y papel.
En los próximos años, la aplicación del corte por láser en el campo del mecanizado de precisión y el micromecanizado también alcanzará un crecimiento sustancial.
Corte por láser
Cuando un rayo láser enfocado brilla sobre una pieza de trabajo, el área irradiada se calienta dramáticamente para derretir o vaporizar el material. Tan pronto como el rayo láser penetra en la pieza de trabajo, comienza el proceso de corte: el rayo láser se mueve a lo largo del contorno mientras funde el material. Por lo general, se usa un chorro de aire para soplar la masa fundida lejos de la ranura, dejando un espacio estrecho entre la parte cortada y el soporte de la placa, casi tan ancho como el rayo láser enfocado.
Corte por llama
El corte con oxígeno es un proceso estándar para cortar acero dulce que utiliza oxígeno como gas de corte. Se inyecta oxígeno presurizado hasta 6 bares en la incisión. Allí, el metal calentado reacciona con el oxígeno: comienza la combustión y la oxidación. La reacción química libera una gran cantidad de energía (hasta cinco veces la potencia del láser) para ayudar al rayo láser a cortar.
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Figura 1 El rayo láser funde la pieza de trabajo y el gas de corte expulsa el material fundido y la escoria en la incisión
corte por fusión
El corte por fusión es otro proceso estándar utilizado al cortar metal. También se puede utilizar para cortar otros materiales fusibles como la cerámica.
Se usa nitrógeno o argón como gas de corte, y el gas con una presión de 2-20 bar se sopla a través de la incisión. El argón y el nitrógeno son gases inertes, lo que significa que no reaccionan con el metal fundido en la incisión, simplemente lo expulsan hacia el fondo. Al mismo tiempo, el gas inerte puede proteger el filo de la oxidación por el aire.
corte con aire comprimido
El aire comprimido también se puede utilizar para cortar láminas finas. El aire presurizado a 5-6 bar es suficiente para expulsar el metal fundido del corte. Dado que el aire es casi un 80 por ciento de nitrógeno, el corte con aire comprimido es básicamente corte por fusión.
corte asistido por plasma
Si los parámetros se eligen correctamente, aparecerá una nube de plasma en la ranura de corte de fusión asistida por plasma. La nube de plasma consiste en vapor de metal ionizado y gas de corte ionizado. La nube de plasma absorbe la energía del láser de CO2 y la transfiere a la pieza de trabajo, de modo que se acopla más energía a la pieza de trabajo y el material se derretirá más rápido, lo que dará como resultado una velocidad de corte más rápida. Por lo tanto, este proceso de corte también se denomina corte por plasma de alta velocidad.
Las nubes de plasma son prácticamente transparentes para los láseres de estado sólido, por lo que solo se pueden usar láseres de CO2 para el corte por fusión asistido por plasma.
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corte de gasificación
El corte por gasificación evapora el material, minimizando el efecto térmico en los materiales circundantes. Esto se puede lograr mediante la evaporación de materiales de baja temperatura y alta absorción, como películas plásticas delgadas, así como materiales que no se derriten, como madera, papel, espuma, etc., utilizando un procesamiento láser de CO2 continuo.
Los láseres de pulso ultracorto permiten aplicar esta técnica a otros materiales. Los electrones libres en el metal absorben la luz del láser y se calientan violentamente. Los pulsos de láser no reaccionan con las partículas fundidas y el plasma, y el material se sublima directamente, sin dar tiempo a transferir energía en forma de calor a los materiales circundantes. Los pulsos de picosegundos eliminan el material sin efectos térmicos significativos, derretimiento ni formación de rebabas.
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Figura 3 Corte por gasificación: El láser vaporiza y quema el material. La presión del vapor hace que la escoria se descargue de la incisión.
Parámetros: Ajuste del proceso de mecanizado
Muchos parámetros afectan el proceso de corte por láser, algunos de los cuales dependen del rendimiento técnico del láser y de la máquina herramienta, mientras que otros varían.
grado de polarización
El grado de polarización indica qué porcentaje de la luz láser se convierte. Un grado típico de polarización es de alrededor del 90 por ciento. Esto es más que suficiente para un corte de alta calidad.
diámetro focal
El diámetro focal afecta el ancho de corte, y el diámetro focal se puede cambiar cambiando la distancia focal del espejo de enfoque. Un diámetro focal más pequeño significa una incisión más estrecha.
posición de enfoque
La posición de enfoque determina el diámetro del haz y la densidad de potencia en la superficie de la pieza de trabajo, así como la forma de la incisión.
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Figura 4 Posición de enfoque: dentro de la pieza de trabajo, en la superficie de la pieza de trabajo y sobre la pieza de trabajo
potencia láser
La potencia del láser debe coincidir con el tipo de procesamiento, el tipo de material y el grosor. La potencia debe ser lo suficientemente alta como para que la densidad de potencia en la pieza de trabajo supere el umbral de mecanizado.
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Figura 5 Una mayor potencia del láser puede cortar materiales más gruesos
Modo operativo
El modo continuo se utiliza principalmente para cortar perfiles estándar de metal y plástico en tamaños de milímetros a centímetros. Para derretir perforaciones o crear contornos precisos, se utilizan láseres pulsados de baja frecuencia.
Velocidad cortante
La potencia del láser y la velocidad de corte deben coincidir. Las velocidades de corte que son demasiado rápidas o demasiado lentas darán como resultado una mayor aspereza y formación de rebabas.
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Figura 6 La velocidad de corte disminuye a medida que aumenta el espesor de la hoja
Diámetro de la boquilla
El diámetro de la boquilla determina el caudal y la forma del flujo de gas de la boquilla. Cuanto más grueso sea el material, mayor será el diámetro del chorro de gas y, en consecuencia, el diámetro de la abertura de la boquilla.
Pureza del gas y presión barométrica
El oxígeno y el nitrógeno se utilizan a menudo como gases de corte. La pureza y la presión del gas afectan el efecto de corte.
Cuando se corta con oxicombustible, se requiere una pureza del gas del 99,95 por ciento. Cuanto más gruesa es la placa de acero, menor es la presión de gas utilizada.
El corte por fusión con nitrógeno requiere una pureza de gas del 99,995 por ciento (idealmente 99,999 por ciento), y se requieren presiones de gas más altas para el corte por fusión de placas de acero más gruesas.
Ficha técnica
En los primeros días del corte por láser, los usuarios tenían que decidir la configuración de los parámetros de procesamiento por sí mismos a través de una operación de prueba. Los parámetros de procesamiento bien establecidos ahora se almacenan en la unidad de control del sistema de corte. Para cada tipo de material y espesor, hay datos correspondientes. La ficha técnica permite el buen funcionamiento de los equipos de corte por láser incluso para aquellos que no están familiarizados con esta tecnología.
Factores de evaluación de la calidad del corte por láser
Hay muchos criterios para juzgar la calidad de un borde cortado con láser. Los estándares como la forma, la depresión y la textura de las rebabas se pueden juzgar a simple vista; la verticalidad, la rugosidad y el ancho de la incisión, etc., deben medirse con instrumentos especiales. La deposición de material, la corrosión, la zona afectada por el calor y la deformación también son factores importantes para medir la calidad del corte por láser.
