6. Bố cục của luận án
2.3.5 Áp suất và loại khí hỗ trợ
Tính chất vật liệu và các yêu cầu của kết quả cắt xác định khí cắt được sử dụng. Độ dày vật liệu của chi tiết gia công phải phù hợp với áp suất khí. Khí hỗ trợ có một số chức năng chính trong quá trình cắt laser như: Khí trơ (N2) có nhiệm vụ đẩy vật liệu nóng chảy ra khỏi vùng cắt, không để các kim loại nóng chảy đông đặc lại ở mặt dưới của rãnh cắt (xỉ), trong khi đó khí ôxy lại có tác dụng tham gia phản ứng tỏa nhiệt với vật liệu. Khí cũng có tác dụng ngăn chặn sự hình thành plasma khi cắt vật liệu dày với cường độ chùm tia cao và bảo vệ hệ thống quan cụ khỏi tia phóng xạ, mép cắt được làm mát bằng dòng khí do đó cũng hạn chế được ảnh hưởng nhiệt tới vật liệu (HAZ)[69].
Việc lựa chọn khí có ảnh hưởng đáng kể đến năng suất và chất lượng của quá trình cắt laser. Các loại khí thường được sử dụng là ôxy, ni-tơ, mỗi loại có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Mặc dù, khí ni-tơ không hoàn toàn là khí trơ, nhưng nó là loại khí được sử dụng phổ biến nhất để cắt vì giá thành tương đối rẻ. Trong khi đó, khí trơ như Heli, Argon lại được dùng để cắt vật liệu titan vì chúng ngăn chặn được sự hình thành ôxit hoặc nitrit titan giòn.
Khí Ni-tơ là khí được sử dụng nhiều trong quá trình cắt vật liệu thép không gỉ, thép hợp kim, hợp kim nhôm và niken, mà đòi hỏi áp suất khí phải lớn để loại bỏ vật
48
liệu ra khỏi vùng cắt, áp suất khí lớn cung cấp thêm một lực cơ học để thổi vật liệu nóng chảy ra khỏi rãnh cắt. Khi cắt thép không gỉ bằng khí Ni-tơ sẽ tạo ra một cạnh cắt sáng không có oxit, nhưng tốc độ xử lý của quá trình cắt sẽ thấp hơn so với quá trình cắt có sự hỗ trợ của khí ôxy. Áp suất khí Ni-tơ nằm trong khoảng từ 1,0 2,0 MPa và yêu cầu áp suất tăng khi độ dày vật liệu tăng, độ tinh khiết của khí Ni-tơ phải trên 99,8 % [2],[69],[70].
Đối với khí ôxy thường được sử dụng để cắt thép thường. Việc sử dụng khí ôxy gây phản ứng tỏa nhiệt, góp phần tạo ra năng lượng cắt dẫn đến vận tốc cắt cao và khả năng cắt vật liệu dày đến 12 mm. Tuy nhiên, quá trình cắt bằng ôxy sẽ làm các cạnh cắt bị ôxy hóa vì vậy cần kiểm soát các thông số quá trình để giảm thiểu sự bám dính của vật liệu nóng chảy lên bề mặt rãnh cắt. Áp suất khí thường nằm trong khoảng 0,05 0,5 MPa. Áp suất khí ôxy giảm khi độ dày tấm vật liệu tăng để tránh hiệu ứng đốt cháy và đường kính đầu cắt được tăng lên [2],[69],[70].