اثر پارامترهاي ماشين‌كاري بر منطقه متأثر از حرارت و پهناي برش در فرآيند تركيبي ليزر- جت آب

Effect of machining parameters on heat-affected zone and kerf width in hybrid laser- waterjet process

از جمله محدوديت هاي ماشين‌كاري با ليزر ايجاد منطقه متأثر از حرارت به دليل حرارت بالاي اعمال شده به قطعه‌كار مي باشد. همچنين در ميكروماشين‌كاري با ليزر عدم كنترل دقيق پهناي برش ايجاد شده توسط ليزر باعث كاهش دقت ماشين‌كاري مي گردد. براي جبران اين موارد از تركيب فرآيند ليزر و جت آب بدون ذرات ساينده استفاده شد. در فرآيند تركيبي ليزر-جت آب، فشار آب به تخليه ماده مذاب در مقطع برش كمك مي كند، در نتيجه پهناي برش كاهش مي يابد. همچنين جت آب سبب خنك كاري بهتر قطعه كار نسبت به حالت ليزر خشك مي گردد و در نتيجه عمق منطقه متاثر از حرارت كم‌تر مي شود. در اين مقاله ابتدا يك نازل واترجت به قطر 0.4 ميلي متر به ماشين ليزر فايبر با طول موج پيوسته 1080 نانومتر و با توان 1500 وات الحاق شد. سپس بر هم‌كنش پارامترهاي سرعت برش، توان ليزر، فاصله كانوني و فشار جت آب بر روي HAZ و پهناي برش بررسي شد. بدين منظور از فولاد پركربن CK75 استفاده شد. ملاحظه شد كه با افزايش سرعت برش، عمق منطقه متأثر از حرارت و پهناي شيار كاهش يافته و با افزايش توان، هر دو پارامتر افزايش مي يابند. همچنين با افزايش فشار جت آب عمق HAZ و پهناي برش كاهش يافت. در فاصله كانوني 3 ميلي متر كم-ترين عمق HAZ و پهناي شيار به دست آمد. در بهترين حالت عمق HAZ، 57 ميكرومتر و پهناي برش، 217 ميكرومتر به دست آمد.

One of the problems with laser machining is the heat-affected zone (HAZ) generated due to the intense heat applied to the workpiece. Moreover, in laser micromachining, the imprecise kerf width control reduces precision. A hybrid waterjet–laser (WJL) process without abrasive particles was used to counter these problems. In the hybrid WJL process, water pressure flushes out molten materials from the cut section, thus reducing the kerf width. Waterjet also enhances workpiece cooling compared to dry laser and results in reduced depth of HAZ. In this study, first a waterjet nozzle with a diameter of 0.4 mm was attached to a laser fiber machine featuring a constant wavelength of 1080 nm and power of 1500 W. Then, the interactions of cutting speed, laser power, focal length, and waterjet pressure on the HAZ and kerf width were investigated. CK75 high-carbon steel was used in this study. It was observed that increasing the cutting diameter leads to reduced HAZ depth and kerf width; whereas, increasing the power increases both said parameters. Furthermore, increasing waterjet pressure reduced HAZ depth and kerf width. The minimum HAZ depth and kerf width were obtained at a focal length of 3 mm., whereas the best HAZ depth and kerf width were 57 micrometers and 217 micrometers, respectively.