**Corte a laser e seus fundamentos do sistema de processamento ¢ Equipamento de corte a laser**

**II. Composição do equipamento de corte a laser**

**2.1 Componentes e princípio de funcionamento das máquinas de corte a laser**

Uma máquina de corte a laser é constituída por um gerador a laser, cabeça de corte, componentes de transmissão de feixe, mesa de trabalho da máquina-ferramenta, sistema CNC, computador (hardware, software), refrigerador, cilindros de gás de blindagem,extractor de poeira, e secador de ar, entre outras partes.

1. **Generador de laser:** Este é o dispositivo que produz a fonte de laser.a maioria usa lasers de gás CO2 devido à sua maior eficiência de conversão eletro-óptica e capacidade de produzir maior potênciaUma vez que o corte a laser tem requisitos muito elevados para a qualidade do feixe, nem todos os lasers são adequados para o corte.

2. ** Cabeça de corte:** Inclui principalmente componentes como o bocal, a lente de focalização e o sistema de rastreamento do foco.O dispositivo de acionamento cabeça de corte é usado para conduzir a cabeça de corte ao longo do eixo Z de acordo com o programa, constituído por componentes como um servomotor e um parafuso ou engrenagem de chumbo.

* (1) **Bozol:** Os tipos de bocal incluem principalmente três formas: paralelo, convergente e cônico.

* (2) **Lente de Foco:** Para utilizar a energia do feixe de laser para corte, o feixe bruto emitido pelo laser deve ser focado por uma lente para formar um ponto com alta densidade de energia.As lentes de distância focal média e longa são adequadas para o corte de placas grossas e têm requisitos mais baixos para a estabilidade da distância do sistema de rastreamento. As lentes de distância focal curta só são adequadas para placas finas inferiores a 3 mm;Eles têm requisitos rigorosos para a estabilidade da distância do sistema de rastreamento, mas podem reduzir significativamente a potência de saída do laser necessária.

* (3) **Sistema de rastreamento:** O sistema de rastreamento de foco da máquina de corte a laser consiste geralmente na cabeça de corte de foco e no sistema de sensor de rastreamento.A cabeça de corte inclui peças para orientação da luz e focalizaçãoO sensor é composto pelo elemento de detecção e pelas partes de controlo da amplificação.Os sistemas de rastreamento são completamente diferentes.Os sistemas de rastreamento de sensores capacitivos (sem contacto) e os sistemas de rastreamento de sensores indutivos (contacto) apresentam duas formas principais.

3. **Componentes de transmissão de feixe (Caminho de luz externo):** Espelhos refratores e refletores são usados para direcionar o laser na direção desejada.Todos os espelhos são protegidos por tampas e fornecidos comUm conjunto de lentes de alta qualidade irá focar um feixe sem ângulo de divergência num ponto infinitamente pequeno.Lente de distância focal de 0 polegadas é comumente usadaUma lente de 7,5 polegadas só é utilizada para materiais > 12 mm de espessura.

4. **Machine Tool Worktable (Machine Host):** A parte mecânica da máquina de corte a laser que permite o movimento ao longo dos eixos X, Y e Z, incluindo a plataforma de trabalho de corte.

5. ** Sistema CNC:** Controla a máquina-ferramenta para obter o movimento dos eixos X, Y e Z e também controla a potência de saída do laser.

6. ** Sistema de resfriamento (Unidade de refrigeração):** Usado para resfriar o gerador de laser.a taxa de conversão de um laser de gás CO2 é tipicamente de 20%A água de arrefecimento transporta o excesso de calor para manter o funcionamento normal.O arrefecedor também arrefece os espelhos externos da trajetória da luz e a lente de foco para garantir a qualidade estável da transmissão do feixe e prevenir efetivamente a deformação ou rachadura da lente devido à temperatura excessiva.

7. **Bolsas de gás:** Incluem as bolsas de gás do meio de trabalho da máquina de corte a laser e as bolsas de gás auxiliares,com um diâmetro superior a 50 mm,.

8. **Sistema de extracção de poeira:** Extrai a fumaça e a poeira geradas durante o processamento e filtra-as de modo a que as emissões de escape cumpram as normas ambientais.

9. ** Secador e Filtro de arrefecimento por ar:** Fornece ar limpo e seco ao gerador de laser e ao caminho do feixe para manter o funcionamento normal do caminho e dos espelhos.

**2.2 Tocha de corte a laser**

A estrutura esquemática de uma tocha de corte a laser é mostrada na figura abaixo, composta principalmente do corpo da tocha, lente de foco, espelho e bocal de gás auxiliar.A tocha deve satisfazer os seguintes requisitos::

1 A tocha deve poder emitir um fluxo de gás suficiente.

2 A direcção de ejecção do gás dentro da tocha deve ser coaxial com o eixo óptico do espelho.

3 A distância focal da tocha deve ser facilmente ajustável.

4 Durante o corte, certifique-se de que o vapor de metal e os salpicos do processo de corte não danifiquem o espelho.

O movimento da tocha é ajustado através do sistema de movimento CNC. O movimento relativo entre a tocha e a peça de trabalho pode ocorrer em três situações:

1 A tocha está estacionária e a peça de trabalho se move através da mesa de trabalho (principalmente para peças de trabalho menores).

2 A peça está parada e a tocha se move.

3 Tanto a tocha como a mesa de trabalho se movem simultaneamente.

**2.2.1 Cabeça de corte**

A cabeça de corte a laser está localizada no extremo do sistema de transmissão do feixe e inclui a lente de focagem e o bico de corte.

A maioria dos equipamentos de corte a laser é equipada com várias cabeças de corte de diferentes distâncias focais.Tomando como exemplo o corte a laser de CO2, distâncias focais comuns são 127mm (5in) e 190mm (7.5in).que é benéfico para reduzir a largura do corte e obter um corte mais finoUma lente de longa distância focal produz um ponto focal maior e uma maior profundidade de foco.uma lente de longa distância focal pode satisfazer os requisitos de densidade de energia do feixe focado perto do ponto focal numa gama maior de espessura do materialPor conseguinte, as lentes de distância focal curta são usadas principalmente para corte fino de folhas finas, enquanto os materiais mais grossos exigem lentes de distância focal longa para obter profundidade de foco suficiente,assegurar que a alteração do diâmetro do ponto é mínima dentro da faixa de espessura de corte e que a densidade de potência adequada é mantida.

A lente de foco é usada para focar o feixe de laser paralelo que entra na tocha para obter um pequeno ponto e alta densidade de potência.Os lasers de estado sólido geralmente usam vidro óptico, enquanto os lasers de gás CO2, que não podem transmitir através de vidro comum, usam materiais como ZnSe, GaAs e Ge, sendo o ZnSe o mais comum.

Para o corte a laser, é desejável um diâmetro de ponto o menor possível, pois isso aumenta a densidade de potência, facilitando o corte de alta velocidade.a profundidade de foco também se torna menorAlém disso, com uma distância focal da lente menor, a distância entre a lente e a peça de trabalho é reduzida,tornando a lente suscetível à contaminação por salpicos e outros materiais fundidos durante o corte, afetando o funcionamento normal.A distância focal adequada deve ser determinada tendo em conta fatores como a espessura de corte e os requisitos de qualidade..

**2.2.2 Espelho**

A função do espelho é alterar a direção do feixe proveniente do laser.enquanto os espelhos em dispositivos de corte a laser de gás CO2 são muitas vezes feitos de cobre ou metais com alta refletividadeDurante a utilização, os espelhos são tipicamente resfriados a água para evitar danos causados por sobreaquecimento devido à exposição à luz.

**2.2.3 Bocal**

O bico é utilizado para o jato de gás auxiliar na zona de corte.11 mostra as formas comuns dos bicos utilizados no corte a laser; as formas de orifícios de jato incluem tipos cilíndricos, cônicos e convergentes-divergentes (de Laval).

A selecção do bico é geralmente determinada após ensaio com base no material da peça, na espessura, na pressão do gás auxiliar, etc.O corte a laser geralmente utiliza bocas coaxial (fluxo de gás coaxial com o eixo óptico)Se o fluxo de gás não for coaxial com o feixe, pode facilmente gerar salpicos significativos durante o corte.A parede do orifício do bocal deve ser lisa para garantir um fluxo de gás suave e evitar que a qualidade do corte seja afetada devido à turbulênciaPara assegurar a estabilidade do processo de corte, a distância entre a face do bocal e a superfície da peça de trabalho deve ser minimizada, frequentemente tomada como 0,5 a 2,0 mm.A abertura do bico deve permitir que o feixe de laser passe sem obstáculosA maior parte dos equipamentos é equipada com um sistema de ar condicionado, que permite que o feixe toque a parede interna do bico.Existe uma gama ideal de diâmetros da abertura da bocalSe a abertura for demasiado pequena ou demasiado grande, isso afectará a remoção de produtos fundidos do corte e também afectará a velocidade de corte.

A influência da abertura do bico na velocidade de corte sob determinada potência do laser e pressão do gás auxiliar é mostrada nas figuras 4.12 e 4.13Pode-se ver que existe uma abertura de bocal ideal que produz a velocidade máxima de corte.

Os ensaios de corte a laser em materiais difíceis de cortar, como o carburo cimentado, mostram que a abertura óptima do bico é muito próxima do resultado acima, conforme mostrado na Figura 4.14A abertura do bico também afeta a largura do corte e a largura da zona afectada pelo calor (HAZ).15, à medida que a abertura do bico aumenta, o corte se amplia enquanto o HAZ se estreita.A principal razão para o estreitamento do HAZ é o efeito de arrefecimento reforçado do fluxo de gás auxiliar no material base na zona de corte.

**2.3 Parâmetros do equipamento de corte a laser**

**2.3.1 Equipamento de corte a tocha**

No equipamento de corte com tocha, a tocha de corte é instalada em um pórtico móvel e se move transversalmente (direção Y) ao longo do feixe do pórtico.e a peça de trabalho é fixada na mesa de corteUma vez que a fonte de laser está separada da tocha, durante o corte, as características de transmissão do laser, o paralelismo ao longo da direcção de varredura do feixe,e a estabilidade dos espelhos refletores pode ser afetada.

Os equipamentos movidos por tochas podem processar peças maiores, exigem relativamente menos espaço para a área de produção de corte e podem ser facilmente integrados em linhas de produção com outros equipamentos.,A precisão de posicionamento é tipicamente de cerca de ± 0,04 mm.

A estrutura típica dos equipamentos de corte a tocha é mostrada na figura 4.19Este exemplo utiliza um cortador laser de ondas contínuas de CO2, com uma distância de transmissão do feixe de 18 m da fonte de laser para a tocha.Para assegurar que as alterações na forma do feixe nesta distância não dificultem o corte, a combinação de espelhos de oscilador deve ser cuidadosamente concebida.

Principais parâmetros técnicos dos equipamentos movidos a tocha:

* Potência de saída do laser: 1,5 kW (modo único), 3 kW (multi-modo).

* Viagem da tocha: eixo X 6,2m, eixo Y 2,6m.

* Velocidade de condução: 0~10 m/min (regulado).

* Altura da tocha (eixo Z) Viagem flutuante: 150 mm.

* Velocidade de ajuste da altura da tocha: 300 mm/min.

* Tamanho máximo da chapa de aço processável: 12 mm de espessura * 2400 mm * 6000 mm.

* Equipamento de controlo: método de controlo CNC integrado.

**2.3.2 Equipamento de corte por mesa de coordenadas XY**

No equipamento movido por uma mesa de corte de coordenadas XY, a tocha é fixada no quadro da máquina e a peça de trabalho é colocada na mesa de corte.A mesa de corte se move de acordo com as instruções NC ao longo das direções X e YA velocidade de accionamento é geralmente de 0 a 1 m/min (regulado) ou de 0 a 5 m/min (regulado).permitindo cortes uniformes e estáveisQuando o tamanho da mesa de corte é pequeno e a precisão mecânica é elevada, a precisão de posicionamento pode ser de ± 0,01 mm, resultando em excelente precisão de corte,que o tornam particularmente adequado para o corte de precisão de peças pequenasExistem também mesas de corte com viagem do eixo X de 2300~2400mm e viagem do eixo Y de 1200~1300mm para processar peças maiores.

Principais parâmetros técnicos para os equipamentos de mesa XY:

* Laser: laser a gás CO2 (tipo de tubo reto semisselhado).

* Fornecimento de energia a laser: Voltagem de entrada 200V AC, Voltagem de saída 0 ~ 30kV, corrente de saída máxima 100mA.

* Potência de saída do laser: 550 W.

* Viagem da mesa de corte: eixo X 2300 mm, eixo Y 1300 mm.

* Velocidade do motor da mesa de corte (adjustavel em passos): 0,4 ~ 5,0 m/min, 0,2 ~ 2,5 m/min, 0,1 ~ 1,3 m/min, 0,05 ~ 0,6 m/min.

* Altura da tocha (eixo Z) Viagem flutuante: 180 mm.

* Tamanho máximo da folha processável: 6 mm de espessura * 1300 mm * 2300 mm.

* Equipamento de controlo: método NC.

**2.3.3 Equipamento de corte de dois motores com tocha e mesa**

O equipamento de corte a dupla propulsão de mesa de tocha é um híbrido entre os tipos a tocha e os tipos a mesa XY. A tocha é instalada em um pórtico e se move transversalmente (direção Y) ao longo do feixe do pórtico,enquanto a mesa de corte se move longitudinalmente (direção X)Combina as vantagens de alta precisão de corte e poupança de espaço.que o tornam um tipo de equipamento de corte amplamente utilizadoOs modelos maiores deste tipo podem ter um percurso do eixo Y de 2000 mm e um percurso do eixo X de 6000 mm, capazes de cortar peças grandes.

Em alguns projetos, o oscilador a laser também é montado no pórtico junto com a tocha.A eficiência da produção também é elevadaPor exemplo, pode cortar 46 furos de 10 mm de diâmetro por minuto numa chapa de aço de 1 mm de espessura.

**2.3.4 Equipamento de corte integrado**

No equipamento de corte integrado, a fonte de laser é instalada no quadro da máquina e se move longitudinalmente com ele,enquanto a tocha e o seu mecanismo de accionamento formam uma unidade que se move transversalmente sobre o feixe do quadroPara compensar a alteração no comprimento do caminho óptico causada pelo movimento transversal da tocha, a câmara pode ser cortada.um componente de regulação de comprimento de caminho óptico é geralmente equipado, assegurando uma viga homogénea na área de corte e mantendo a qualidade da superfície de corte constante.