The Measurement and Analysis of Titanium Surface Roughness, created by Abrasive Waterjet and CO2 Laser Beam Cutting

This paper deals with an evaluation of the surface roughness quality of titanium samples created by abrasive waterjet cutting (AWJ) and by CO2 laser, considering an impact of the selected traverse speeds on the final quality of machined surfaces. Experiments were carried out on titanium samples of ASTM B265-99. The machined surfaces were measured by a contact profilometer Surftest SJ 401. The obtained data were used to compare the surface roughness parameter Ra at the selected traverse speeds and to compare a material proportion within an initiation zone.

Tytan i jego stopy są materiałami coraz częściej stosowanymi w różnych dziedzinach przemysłu lotniczego, maszynowego, chemicznego, petrochemicznego i elektronicznego. Obróbka tytanu i jego stopów przy pomocy konwencjonalnych technologii jest bardzo trudna. Tytan jest silnie reaktywny chemicznie w przypadku cięcia w temperaturze około 500 °C. Często jest to przyczyną mikro-spawania w miejscu cięcia. Jednym ze sposobów zwiększenia wydajności procesu cięcia jest implementacja technologii niekonwencjonalnych [1-2], takich jak metody hydrostrumieniowelub metody laserowe. Są one coraz częściej wykorzystywane w przemyśle ze względu na ich przewagę nad innymi tradycyjnymi technologiami. Stosuje się je do różnych rodzajów obróbki materiałów, takich jak cięcie, wiercenie, wykrawanie oraz do modyfikacji powierzchni [3]. Są one stosowana w produkcji w połączeniu ze sterowaniem CNC. Umożliwiają również wycinanie skomplikowanych kształtów, które są bardzo trudne do uzyskania metodami tradycyjnymi. Cięcie tytanu i jego stopów laserem CO2 jest stosunkowo nową technologią. Lasery CO2 są powszechnie stosowane do cięcia takich materiałów jak stal nierdzewna, aluminium, miedź, tworzywa sztuczne, itp. Obecnie proces cięcia jest w pełni zautomatyzowany dzięki skomputeryzowanym systemom sterowania. W artykule przedstawiono wyniki pomiarów topografii powierzchni powstałych w wyniku przecinania arkuszy tytanu ASTM B265 99 o grubości 10 mm wysokociśnieniową strugą wodno-ścierną oraz laserem CO2. Eksperymenty przeprowadzono celem porównania chropowatości powierzchni (Ra) ze względu na prędkości posuwu 350, 450 i 550 mm/min. Zauważono, że wzrost chropowatości powierzchni jest spowodowany zwiększaniem się prędkości posuwu. Przy wycinaniu elementów krzywoliniowych metodą hydrostrumieniową zmiana jakości powierzchni cięcia w zależności od szybkości posuwu jest nieznaczna. Natomiast przy cięciu podobnych elementów laserem CO2 zauważa się znaczne zróżnicowanie stanu powierzchni cięcia, co może być spowodowane nadmiernym wytwarzaniem ciepła w strefie obróbki.