Lazer-Oksifuel Hibrid Kəsmə Maşınının Prinsipi

Lazer alov kompozit kəsmə adətən "lazer oksigen kəsmə", əsas lazer kəsmə proseslərindən biridir (digər ikisi lazer əritmə kəsmə və lazer buxarlanma kəsmədir). Bu, "lazerlə yaradılan alov" demək deyil, kəsmə prosesi zamanı metallarda (əsasən polad materiallarda) güclü oksidləşmə yanma reaksiyasına (yəni "alov") başlamaq üçün köməkçi qaz kimi təmiz oksigenlə tamamlanan istilik mənbəyi kimi lazerdən istifadə edən hibrid bir prosesdir. Bu proses kəsmə performansını əhəmiyyətli dərəcədə artırmaq üçün kimyəvi reaksiyadan istilik enerjisindən istifadə edir.

Daha sonra, onun prinsipini bir neçə baxımdan ətraflı izah edəcəyik:

Əsas Prinsip: Lazerlə İnduksiya Edilmiş İdarə Olunan Metal Yanma

1. Lazerin rolu (alovlanma və texniki xidmət):

• Yüksək enerjili sıxlıqlı lazer şüası iş parçasının səthinə yönəldilir və şüalandırılmış metalın temperaturunun sürətlə alovlanma nöqtəsinə (dəmir üçün təxminən 1350°C) yüksəlməsinə səbəb olur.
• Lazer şüası yalnız reaksiyanı alovlandırmaqla yanaşı, daha da əhəmiyyətlisi, reaksiya sahəsini yüksək temperaturda saxlayan davamlı, dəqiq, yüksək enerjili istilik mənbəyi təmin edir.

2. Oksigenin (yanma agenti və zibil daşıyıcısı) rolu:

• Lazer şüası ilə birlikdə lazerlə qızdırılan metal nöqtəyə 1 axın yüksək təzyiqli, yüksək təmizlikli oksigen koaksial olaraq yeridilir.
• Alovlanma nöqtəsinə çatan dəmir (Fe) və oksigen (O₂) şiddətli oksidləşmə ekzotermik reaksiyasına (yanma) məruz qalır: 4Fe 3O₂ → 2Fe2O, istilik
• Bu reaksiya çoxlu istilik yayır (lazerin özünün enerjisindən təxminən 3-5 dəfə çox!), bu, "mürəkkəb" enerjinin açarıdır. Bu əlavə istilik ümumi ərimə/qazlaşma qabiliyyətini xeyli artırır.

3. Kompozit əməkdaşlıq prosesi:

• Qızdırma və alovlanma: Lazer əvvəlcə yerli metalı alovlanma nöqtəsinə qədər qızdırır.
• Yanma ekzotermikdir: oksigen yeridilməsi, metal şiddətlə yanır, lazerin özünün təmin edə biləcəyindən daha yüksək istilik yaradır, metalı sürətlə əridir və ya hətta oksidləşdirir və şlak (əsasən Feo və Fe3o4) əmələ gətirir.
• Üfürmə və formalaşdırma: Yüksək təzyiqli oksigen qazı axınının digər vacib rolu, kəsici tikişdən gələn reaksiya nəticəsində əmələ gələn ərimiş metal oksidini (şlakı) "hava bıçağı" kimi şiddətlə üfürərək təmiz, nisbətən hamar bir kəsmə səthi yaratmaqdır.

Davamlı: Lazer şüası öndə hərəkət edir, yeni sahəni davamlı olaraq qızdırır və yanma reaksiyası lazer fokusunu irəli və aşağıya doğru izləyir və nəhayət iş parçasına nüfuz edərək kəsik əmələ gətirir.

Bu "mürəkkəb" yanaşma necə bu qədər səmərəlidir? (Üstünlük)

1. Qalın lövhələri kəsmək üçün güclü qabiliyyət:Karbon polad (məsələn, aşağı karbonlu polad) üçün lazer oksigen kəsmə orta və qalın lövhələri (adətən 6 mm-dən çox, 30 mm-ə qədər və ya daha qalın) kəsmək üçün ən səmərəli və ən sürətli üsuldur. Təmiz lazer əritmə kəsmə (məsələn, azotla) metalı əritmək üçün tamamilə lazer enerjisinə etibar etməlidir, qalın lövhənin üzü qeyri-kafi görünür.

2. Sürətli kəsmə sürəti:Metal yanma reaksiyasının kimyəvi enerjisinin əlavə edilməsi səbəbindən ümumi enerji girişi tək lazer enerjisindən daha yüksəkdir, buna görə də kəsmə sürəti eyni güc altında ərimə kəsmə sürətindən xeyli sürətlidir.

3Avadanlıqların güc tələbləri nisbətən aşağıdır:Eyni karbon poladını kəsmək üçün lazer oksigen kəsmə üçün tələb olunan lazer gücü təmiz lazer əritmə kəsmə gücündən daha aşağı ola bilər ki, bu da avadanlıq xərclərini və enerji istehlakını azaldır.

4. Yaxşı kəsmə keyfiyyəti:Karbon polad qalınlığında lövhələr üçün yaxşı şaquliliyə və daha az şlak (ideal vəziyyət) olan kəsici səth əldə edilə bilər.

Proses xüsusiyyətləri və məhdudiyyətləri

1. Material seçiciliyi:

• Əsasən reaktiv metallar üçün: Ən tipik və ideal tətbiq materialı karbon poladdır.

• Paslanmayan polad, alüminium, mis və s. üçün uyğun deyil:
• Paslanmayan polad: xrom (Cr) və digər elementlər yüksək ərimə nöqtəli oksidlər (məsələn, Cr2O3) əmələ gətirəcək ki, bu da oksidləşmə reaksiyasının davam etməsinə mane olur və şlakın üfürülməsi asan deyil, bu da kobud kəsmə səthinə və ciddi şlak asılılığına səbəb olur.
• Alüminium və mis: oksidlərinin (Al2O3,CuO) ərimə nöqtəsi substratın özündən daha yüksəkdir, səthi sərt qabıq kimi örtür, reaksiyanın davam etməsinə mane olur və lazerə qarşı yüksək əks etdirmə qabiliyyətinə malikdir.

2. Kəsmə səthinin xüsusiyyətləri:

• Oksidləşmə reaksiyasına görə, kəsiyin səthində oksid təbəqəsi olacaq (maviləşmə emalına bənzər) və azot kəsiminin parlaq tərəfi ilə müqayisədə bir qədər kobud ola bilər.
• Dibində kiçik bir şlak qala bilər və proses parametrlərini optimallaşdırmaqla bunu minimuma endirmək lazımdır.

3. İstilikdən təsirlənən zona daha böyükdür:şiddətli oksidləşmə reaksiyası daha çox istilik yaradacaq və nəticədə iş parçasının istilik təsir zonası lazer əriməsi və kəsilməsi zonasından daha geniş olacaq və iş parçasının ümumi istilik deformasiyası bir qədər böyük ola bilər.

Digər kəsmə prosesləri ilə müqayisə

VS. Saf lazer azot kəsmə (ərimə kəsmə):

• Azot kəsmə: lazerlə metal əritmə yolu ilə ərimə yüksək təzyiqli azotla üfürülür. Oksidləşmə reaksiyası yoxdur, kəsik parlaqdır və oksid təbəqəsi yoxdur, lakin sürət yavaş, qaz sərfiyyatı böyükdür və dəyəri yüksəkdir. Paslanmayan polad, alüminium və s. üçün uyğundur və qalın karbonlu polad üçün iqtisadi cəhətdən sərfəli deyil.
• Oksigen kəsmə: oksidləşmə reaksiyasının əlavə edilməsi, sürətli sürət, aşağı qiymət, karbon polad üçün uyğundur, lakin hissədə oksid təbəqəsi var.

VS. Ənənəvi alov kəsmə (oksiasetilen kəsmə):

• Ənənəvi alov: alovun əvvəlcədən qızdırılması, təmiz oksigen yanma kəsimi. Yavaş əvvəlcədən qızdırma, geniş yarıq, aşağı dəqiqlik və böyük istilik deformasiyası.
• Lazer oksigen kəsmə: yüksək enerjili lazer dəqiqliyi, sürətli əvvəlcədən qızdırma, kəsmə tikişi çox dar (və lazer nöqtəsinin diametri), yüksək dəqiqlik, kiçik
• ll yamac, kiçik istilik təsiri, ənənəvi alov kəsmə modernləşdirməsi, yüksək dəqiqlikli təkmilləşdirmə versiyasıdır.

Xülasə

Lazer alov kompozit (lazer oksigen) kəsmə maşınının əsas prinsipi, təmiz oksigen mühitində metalın (dəmirin) şiddətli yanma reaksiyasını dəqiq şəkildə alovlandırmaq və saxlamaq üçün yüksək enerjili lazer şüasından istifadə etmək və "1 1> 2" kəsmə effekti əldə etmək üçün lazerin istilik enerjisini metal oksidləşməsinin kimyəvi enerjisi ilə birləşdirməkdir. Bu, lazerin yüksək dəqiqliyi və yüksək fokuslanmasının üstünlüklərini yüksək səmərəlilik və oksigen yanmasının aşağı qiyməti üstünlükləri ilə mükəmməl şəkildə birləşdirir və bu, orta və qalın karbon polad təbəqə kəsmə sahəsində əvəzolunmaz əsas prosesə çevrilir.