증발절단
고출력 밀도 레이저 빔의 가열 하에서 재료의 표면 온도가 비등점까지 상승하는 속도는 열전도로 인한 용융을 피하기에 충분할 만큼 빠르므로 재료의 일부는 증기로 증발하여 사라지고 재료의 일부는 보조 가스 흐름에 의해 슬릿 바닥에서 분출물로 날아갑니다. 목재, 탄소 재료 및 일부 플라스틱과 같이 용융될 수 없는 일부 재료는 이 증발 절단 방법으로 절단 및 형성됩니다.
증발 절단 공정에서 증기는 용융 입자를 제거하고 파편을 씻어내어 구멍을 형성합니다. 증발 공정에서 약 40%의 재료가 증기로 변해 사라지고, 60%의 재료는 용융 물방울 형태로 공기 흐름에 의해 밀려납니다.
용융 절단
입사 레이저 빔의 전력 밀도가 특정 값을 초과하면 빔 조사 지점 내부의 재료가 증발하여 구멍을 형성하기 시작합니다. 이 작은 구멍이 형성되면 입사 빔의 모든 에너지를 흑체로 흡수합니다. 작은 구멍은 용융 금속 벽에 둘러싸여 있으며 빔과 동축인 보조 기류가 구멍 주변의 용융 재료를 제거합니다. 공작물이 이동함에 따라 작은 구멍은 절단 방향으로 동기적으로 이동하여 슬릿을 형성합니다. 레이저 빔은 슬릿의 앞쪽 가장자리를 따라 계속 조사하고 용융 재료는 슬릿에서 지속적으로 또는 맥동적으로 날아갑니다.
산화 용융
용융 절단은 일반적으로 불활성 가스를 사용합니다. 산소 또는 기타 활성 가스로 대체하면 레이저 빔의 조사 하에서 재료가 점화되고 산소와 격렬한 화학 반응이 발생하여 다른 열원이 생성되는데, 이를 산화 용융 절단이라고 합니다. 구체적인 설명은 다음과 같습니다.
⑴ 레이저 빔 조사 하에서 재료 표면이 빠르게 발화 온도로 가열되고, 산소와 격렬한 연소 반응이 일어나 대량의 열이 방출됩니다. 이 열의 작용 하에서 재료 내부에 증기로 채워진 작은 구멍이 형성되고, 작은 구멍은 용융 금속 벽으로 둘러싸여 있습니다.
⑵ 연소물질을 슬래그로 이동시키면 산소와 금속의 연소속도가 제어된다. 동시에 산소가 슬래그를 통해 점화전선으로 확산되는 속도도 연소속도에 큰 영향을 미친다. 산소 유량이 높을수록 연소화학반응과 슬래그 제거가 빨라진다. 물론 산소 유량이 높을수록 좋다. 유량이 너무 빠르면 슬릿 출구에서 반응산물인 금속산화물이 빠르게 냉각되어 절단품질에도 해롭다.
⑶ 산화 용융 절단 공정에는 당연히 두 가지 열원이 있는데, 레이저 조사 에너지와 산소와 금속의 화학 반응에 의해 발생하는 열 에너지이다. 강철을 절단할 때 산화 반응에 의해 방출되는 열은 절단에 필요한 총 에너지의 약 60%를 차지한다고 추정된다.
분명히 불활성 가스에 비해 산소를 보조 가스로 사용하면 더 높은 절단 속도를 얻을 수 있습니다.
⑷ 두 개의 열원을 사용한 산화 용융 절단 공정에서 산소의 연소 속도가 레이저 빔의 이동 속도보다 높으면 슬릿이 넓고 거칠어 보입니다. 레이저 빔의 이동 속도가 산소의 연소 속도보다 빠르면 생성되는 슬릿이 좁고 매끄럽습니다.
통제된 골절
열에 의해 쉽게 손상되는 취성 재료의 경우, 레이저 빔 가열에 의한 고속 및 제어 가능한 절단을 제어된 파단 절단이라고 합니다. 이 절단 공정의 주요 내용은 다음과 같습니다. 레이저 빔은 취성 재료의 작은 영역을 가열하여 해당 영역에 큰 열 구배와 심각한 기계적 변형을 일으켜 재료에 균열을 발생시킵니다. 가열 구배가 균형을 이루는 한, 레이저 빔은 균열을 원하는 방향으로 형성하도록 안내할 수 있습니다.
이 제어된 파단 절단은 날카로운 각도와 모서리 슬릿을 절단하는 데 적합하지 않다는 점에 유의해야 합니다. 또한 매우 큰 닫힌 모양을 절단하는 데 성공하는 것도 쉽지 않습니다. 파단 절단 속도를 빠르게 제어하고 너무 높은 전력이 필요하지 않습니다. 그렇지 않으면 작업물 표면이 녹아 슬릿 가장자리가 손상됩니다. 주요 제어 매개변수는 레이저 전력과 스팟 크기입니다.
